活塞式壓縮機(jī)的積液故障處理

劉周平 蔣杰峰

（巨化集團(tuán)公司錦綸廠，浙江 衢州 324004）

經(jīng)驗(yàn)交流

活塞式壓縮機(jī)的積液故障處理

劉周平 蔣杰峰

（巨化集團(tuán)公司錦綸廠，浙江 衢州 324004）

分析了環(huán)己胺裝置V型活塞式尾氣壓縮機(jī)故障的發(fā)生原因，認(rèn)為造成故障的主要原因是積液嚴(yán)重。從工藝條件的優(yōu)化和設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)2方面采取措施，實(shí)施后，故障消失，保證了壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

活塞式壓縮機(jī)；積液；故障；改進(jìn)

某廠環(huán)己胺裝置有1臺(tái)V型活塞式尾氣壓縮機(jī)，用于輸送回收氨氣、氫氣、有機(jī)胺和少量飽和水蒸汽。壓縮機(jī)運(yùn)行之初，曾多次出現(xiàn)故障停機(jī)，與生產(chǎn)廠家人員溝通后，并未獲得合適的解決方案。分析查找故障原因之后，對(duì)壓縮機(jī)原有管道和設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，很好的解決了設(shè)備故障，保證生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝狀況說(shuō)明

壓縮機(jī)為二級(jí)壓縮結(jié)構(gòu)，級(jí)間有1臺(tái)列管式冷卻器和1只氣液分離罐，二級(jí)出口有1只列管式冷卻器，壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 尾氣壓縮機(jī)性能參數(shù)Tab 1 The performance parameter of exhast compressor

環(huán)己胺裝置采用環(huán)己醇氨化法生產(chǎn)環(huán)己胺。環(huán)己醇氨化屬氣固相催化反應(yīng)，反應(yīng)后除生成目的產(chǎn)物外，還生成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%～20%的水，在一定壓力下氣體冷凝成液體作為中間產(chǎn)品。氣體冷凝液中含大量的氨，工藝和環(huán)保要求均不允許無(wú)機(jī)氨進(jìn)入精制工序，因此設(shè)置閃蒸工序，并使用尾氣壓縮機(jī)回收閃蒸氣，而循環(huán)壓縮機(jī)用作輸送反應(yīng)循環(huán)氣。

因要控制冷凝液中的無(wú)機(jī)氨含量，所以循環(huán)氣中必定會(huì)含有一定量的水蒸汽和未冷凝的環(huán)己胺等有機(jī)氣體，冷凝液中的無(wú)機(jī)氨再通過(guò)降壓和升溫閃蒸，出來(lái)的閃蒸氣含有無(wú)機(jī)氨、有機(jī)胺和大量水蒸汽，它們均將通過(guò)尾氣壓縮機(jī)進(jìn)行氣體回收，因此壓縮機(jī)的進(jìn)口除含有大量無(wú)機(jī)氨以外，還有一定量的水蒸汽、有機(jī)胺等氣體。

2 故障現(xiàn)象及分析

2.1 故障現(xiàn)象

壓縮機(jī)自投入運(yùn)行后故障頻繁，主要現(xiàn)象有：1)油壓異常，持續(xù)下降；油質(zhì)異常，較短時(shí)間內(nèi)變?yōu)楹谏?)聲音異常，檢修過(guò)程發(fā)現(xiàn)油池中有膠狀物質(zhì)，膠狀物堵塞了連桿小頭瓦上的油孔，導(dǎo)致了小頭瓦和十字頭銷的硬磨嚴(yán)重?fù)p壞；3)空載時(shí)運(yùn)行正常，帶負(fù)荷生產(chǎn)時(shí)卻異常，壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間偏短，不超過(guò)72 h；4)三瓣式填料沿活塞桿有較明顯氣體泄漏，現(xiàn)場(chǎng)空氣環(huán)境較差。

2.2 原因分析

由運(yùn)行之初的故障現(xiàn)象來(lái)看，所輸送的介質(zhì)中飽和蒸汽及有機(jī)胺的含量偏大，同時(shí)有機(jī)胺的沸點(diǎn)較高極易溶入水。在原進(jìn)口工況條件下，飽和蒸汽及有機(jī)胺易冷凝造成一級(jí)氣缸積液嚴(yán)重，影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行。取樣分析結(jié)果顯示，一級(jí)氣缸排放的積液中蒸汽冷凝液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80%左右。

觀察尾氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程發(fā)現(xiàn)，雖然部分積液在經(jīng)過(guò)一級(jí)氣缸排放和級(jí)間分離罐排放，但二級(jí)氣缸積液仍然嚴(yán)重。在本工況下，氨和氫氣經(jīng)壓縮和冷卻后不會(huì)液化形成積液。而經(jīng)過(guò)二級(jí)壓縮后，溫度變化不大，壓力由0.25 MPa提高至0.70 MPa，因此部分飽和水蒸汽凝結(jié)成液體，而環(huán)己胺溶入冷凝水中。同時(shí)，二級(jí)分離罐積液的分析結(jié)果顯示，主要成分為環(huán)己胺的水溶液。

在壓縮機(jī)出現(xiàn)油壓偏低時(shí)，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行了取樣分析。結(jié)果顯示，潤(rùn)滑油內(nèi)存在著環(huán)己胺。分析認(rèn)為，應(yīng)是氣缸內(nèi)積液嚴(yán)重導(dǎo)致積液沿活塞桿進(jìn)入曲軸箱，污染、稀釋了潤(rùn)滑油，致使油壓偏低，并形成膠狀物質(zhì)，同時(shí)，曲軸箱微量的無(wú)機(jī)氨成分對(duì)小頭瓦等銅質(zhì)部件造成了腐蝕，最終導(dǎo)致了壓縮機(jī)部件嚴(yán)重磨損。

從壓縮機(jī)填料的檢修過(guò)程可以看出，壓縮機(jī)三瓣式填料與活塞桿接觸部位有一定量的磨損，填料整體有浸泡痕跡。分析得知壓縮機(jī)的V型氣缸結(jié)構(gòu)，造成了氣缸內(nèi)積液對(duì)填料的長(zhǎng)時(shí)間浸泡，壓縮機(jī)軸瓦磨損引起活塞桿軸向竄動(dòng)偏大，以上2點(diǎn)均對(duì)壓縮機(jī)填料的氣密性造成了嚴(yán)重影響。

3 故障處理

3.1 工藝條件優(yōu)化

在現(xiàn)有的設(shè)備條件下，并在工藝控制允許范圍，主要采取了如下優(yōu)化措施：

1)增加進(jìn)口蒸汽伴管，適當(dāng)提高壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度，進(jìn)氣溫度由40℃提高至50℃；

2)進(jìn)口緩沖罐增加絲網(wǎng)除沫器，減少飽和蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)；

3)適當(dāng)減少壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻水用量，適當(dāng)提高壓縮機(jī)排氣溫度；

4)對(duì)壓縮機(jī)氣缸積液進(jìn)行定時(shí)排放。

適當(dāng)提高進(jìn)口及壓縮機(jī)級(jí)間溫度，可以增加水蒸汽及有機(jī)胺的飽和度，減少壓縮機(jī)一級(jí)氣缸凝結(jié)量。通過(guò)采取這些措施后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)一級(jí)氣缸的積液得到了一定的控制，但壓縮機(jī)積液經(jīng)一級(jí)氣缸壓縮和排出后，仍有部分有機(jī)胺和水蒸汽經(jīng)一級(jí)冷卻器冷卻、分離罐后進(jìn)入了下一級(jí)氣缸。

級(jí)間氣液分離罐的設(shè)計(jì)容積為12 L，而本工況下飽和蒸汽等冷凝形成的積液可達(dá)35 L/班（8 h/班），因此并未達(dá)到理想的氣液分離效果。針對(duì)出現(xiàn)的新問題，進(jìn)行了如下改進(jìn)：增加2#分離罐（約120 L）；原1#分離罐出口進(jìn)2#分離罐，2#分離罐出口進(jìn)壓縮機(jī)二級(jí)進(jìn)口。操作時(shí)，對(duì)1#、2#分離罐進(jìn)行定時(shí)排放。這樣，壓縮機(jī)二級(jí)氣缸積液明顯減少，氣缸積液排放量由原來(lái)35 L/班降至約約5 L/班，積液得到很好的控制。

3.2 設(shè)備局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)

工藝改進(jìn)取得的效果明顯，但仍有少量積液能夠沿活塞桿進(jìn)入曲軸箱，因此對(duì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了如下局部改進(jìn)[1-2]：

1)在填料與刮油環(huán)之間增加擋油圈，材質(zhì)為耐油橡膠，中間段回油孔封閉，改為側(cè)面引出口，引至廢油收集罐，并定時(shí)對(duì)收集罐內(nèi)廢油回收處理。通過(guò)增加擋油圈，封閉回油孔改為側(cè)面引出，可以避免氣缸內(nèi)的積液沿活塞桿進(jìn)入曲軸箱，雖然在一定程度上造成了潤(rùn)滑油的浪費(fèi)，但是通過(guò)擋油圈的作用，將氣缸積液從側(cè)面端口與連桿帶上的潤(rùn)滑油一起引出，延長(zhǎng)了潤(rùn)滑油的使用壽命，保證了設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行。

2)增加曲軸箱油冷器。由于尾氣壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)740 r/min，產(chǎn)生的熱量在有限的曲軸空間里不能及時(shí)散發(fā)，因此造成油溫偏高、油壓波動(dòng)頻繁的現(xiàn)象。通過(guò)增加油冷器，可以較好的維持油壓穩(wěn)定。

3)壓縮機(jī)曲軸箱側(cè)面蓋板由原來(lái)碳鋼蓋板更換為有機(jī)玻璃，以便觀察潤(rùn)滑油位、油質(zhì)的變化。增加注油口，更換排油口位置，這樣可以使壓縮機(jī)在非停機(jī)狀況下進(jìn)行潤(rùn)滑油的置換。

4)銅質(zhì)小頭瓦更換為鋁鎂合金材質(zhì)，銅質(zhì)保持架軸承更換為鑄鐵保持架軸承，防止了無(wú)機(jī)氨對(duì)壓縮機(jī)部件的腐蝕。

5)對(duì)新的三瓣式填料檢查可以看出，其整體結(jié)構(gòu)較好，填料與活塞桿的密閉性符合要求，彈簧抱緊力適中，因此填料設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是滿足條件的。在對(duì)壓縮機(jī)軸瓦進(jìn)行檢修很好地控制活塞桿軸向竄動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)積液的處理，嚴(yán)格按照每片填料的組裝順序進(jìn)行安裝，填料泄露嚴(yán)重的問題得到解決。

4 效果

壓縮機(jī)未設(shè)置備機(jī)，若出現(xiàn)故障停機(jī)，將直接導(dǎo)致整套生產(chǎn)線的停車。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)工藝條件的優(yōu)化和設(shè)備結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)，雖然增加了一定的油品損耗和人員操作量，但壓縮機(jī)積液和油品嚴(yán)重污染、大小頭瓦頻繁磨損、填料泄露的問題得到了解決，延長(zhǎng)了壓縮機(jī)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。壓縮機(jī)最初連續(xù)運(yùn)行不超過(guò)72 h，如今可無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行2 880 h。壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的延遲不僅減少了檢修費(fèi)用，同時(shí)保證了生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)安全運(yùn)行，由此所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

5 結(jié)束語(yǔ)

生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行取決于設(shè)備的正常運(yùn)行，而設(shè)備的正常運(yùn)行同時(shí)取決于成熟的工藝條件。就本次遇到的問題，首先在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)壓縮機(jī)所輸送物料認(rèn)識(shí)不夠，選型上造成了一定的誤差，最終導(dǎo)致了壓縮機(jī)故障頻發(fā)無(wú)法正常運(yùn)行。面對(duì)諸如此類工況時(shí)，在壓縮機(jī)選型問題上及工藝處理上應(yīng)從如下幾點(diǎn)予以考慮：

1）設(shè)計(jì)完善的工藝流程并對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)口積液進(jìn)行控制；2）提供準(zhǔn)確的工藝條件，這樣廠家在設(shè)計(jì)過(guò)程中將充分考慮積液對(duì)設(shè)備造成的影響，并予以控制；3）壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上除考慮積液的處理時(shí)，結(jié)構(gòu)布局應(yīng)更具合理性，使人員更易操作與維護(hù)；4）在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，適當(dāng)配置備機(jī)，在設(shè)備故障的情況下能夠保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

[1]馬秉騫.化工設(shè)備使用與維護(hù)[M].北京:高等教育出版社,2007:200-211.

[2]高慎琴.化工機(jī)械[M].北京:高等教育出版社,1990:533-542.

TQ051.21

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2011.02.016

2011-01-07；

2011-02-19