超高壓往復(fù)壓縮機(jī)常見故障及對(duì)策

張紹武 耿東方

(中國神華煤制油榆林化工分公司)

超高壓往復(fù)壓縮機(jī)國內(nèi)某新建的20萬t/a LDPE裝置的核心設(shè)備，其主要作用是把裝置中乙烯的壓力從24～25MPa提升至反應(yīng)管內(nèi)反應(yīng)所需的壓力(約260～300MPa)，而超高壓往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行周期短，操作、維護(hù)難度較大，嚴(yán)重影響LDPE裝置長周期平穩(wěn)運(yùn)行，且該裝置中超高壓壓縮機(jī)無備機(jī)，因此其故障停車會(huì)導(dǎo)致裝置全線停車。

壓縮機(jī)在正常工作的情況下故障都是有預(yù)兆的。因此，在平時(shí)的使用過程中要正確地保養(yǎng)機(jī)器，做好維護(hù)和檢修工作，盡可能地把故障消滅在萌芽狀態(tài)。筆者基于LDPE裝置中超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的技術(shù)資料，充分了解其結(jié)構(gòu)性能，結(jié)合具體情況進(jìn)行分析，找出造成故障的原因，并進(jìn)行故障處理。

1 超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

LDPE裝置中超高壓往復(fù)壓縮機(jī)(C1202)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備的組成部分主要包括機(jī)身、傳動(dòng)部件、填料組件、氣閥、密封組件、氣缸油潤滑系統(tǒng)、曲軸箱潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及氣路系統(tǒng)等。設(shè)備型號(hào)為K8，兩段8缸，水平布置，共有4個(gè)曲柄，5個(gè)主軸承，主電機(jī)功率18MW，10kV，為對(duì)稱平衡式往復(fù)壓縮機(jī)。二次壓縮機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括曲軸、十字頭、大頭瓦、小頭瓦、彈性連桿及滑板等。工作部件是指形成工作腔以吸、排氣體，給氣體傳遞能量的部件，包括氣缸組件、中心閥組件、活塞組件和填料組件。機(jī)體是一個(gè)支持部件，由它來支撐曲軸、十字頭和氣缸，使壓縮機(jī)成為一個(gè)整體。

工作時(shí)，由一次機(jī)送來的壓力為22～30MPa的乙烯氣體與高壓循環(huán)氣體匯合，一并進(jìn)入C1202一段入口，經(jīng)C1202的第一段壓縮至約120MPa，再經(jīng)第二段壓力升至聚合反應(yīng)所需的壓力(隨牌號(hào)不同而變化)，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。為了撤去C1202一段產(chǎn)生的壓縮熱，保證其進(jìn)入二段時(shí)的溫度，在C1202一段出口處設(shè)有中冷器(C1210E1A/B)。

2 超高壓往復(fù)壓縮機(jī)常見故障及對(duì)策

2.1 段間壓力波動(dòng)

由于超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)行工況，段間壓力存在不可避免的正?；蚍钦２▌?dòng)，這里所描述的段間壓力主要指超高壓往復(fù)壓縮機(jī)一段出口A、B線的壓力。常見的壓力波動(dòng)主要有4種情況：

a. 段間壓力偏高。造成此現(xiàn)象的原因主要有壓力表損壞、二段中心閥故障或吸入壓力太高。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，第一種故障的可能性較低，首先排除；其次查看二次機(jī)一段吸入壓力是否不在合適范圍內(nèi)(24～25MPa)，確認(rèn)吸入壓力合適后，適當(dāng)降低吸入壓力，使其靠近24MPa但不低于24MPa。調(diào)節(jié)后壓力如無大的上升趨勢并趨于平穩(wěn)，則壓縮機(jī)可繼續(xù)監(jiān)護(hù)運(yùn)行；若調(diào)節(jié)后壓力仍處于較高的狀態(tài)，建議壓力升至120MPa時(shí)(不觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù))，手動(dòng)SP3A，計(jì)劃檢修更換對(duì)應(yīng)的高線的二段兩個(gè)組合閥。檢修過程中要初步檢查被換下的組合閥以確定故障原因，為后續(xù)開車做準(zhǔn)備。

b. 段間壓力偏低。造成此現(xiàn)象的原因主要有壓力表損壞、工藝管線或機(jī)體泄漏、一段中心閥故障、高壓填料發(fā)生泄漏或吸入壓力太低。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，第一、二種故障的可能性較低，首先排除；其次檢查高壓填料泄漏情況，如有泄漏增大的趨勢，需繼續(xù)查看前期趨勢及現(xiàn)場泄漏氣檢測儀表指示值，以確定是否是填料磨損失效，同時(shí)觀察柱塞溫度、振動(dòng)是否有上升趨勢，提高此高壓填料對(duì)應(yīng)注油器的注油量，并觀察高壓填料泄漏氣情況變化趨勢，判斷一段高壓填料是否失效。確認(rèn)完好后，最后查看二次機(jī)一段吸入壓力是否在合適的范圍內(nèi)(24～25MPa)，確認(rèn)吸入壓力合適后，適當(dāng)升高吸入壓力，使其靠近25MPa但不高于25MPa。調(diào)節(jié)后壓力如無大的上升趨勢并趨于平穩(wěn)，則可以繼續(xù)監(jiān)護(hù)運(yùn)行超高壓往復(fù)壓縮機(jī)；若調(diào)節(jié)后壓力仍處于較低的狀態(tài)，建議壓力升至90MPa時(shí)，手動(dòng)SP3A，計(jì)劃檢修更換對(duì)應(yīng)的低線的一段兩個(gè)組合閥。檢修過程中要初步檢查被換下的組合閥，以確定故障原因，為后續(xù)開車做準(zhǔn)備。

c. 段間壓力突然升高。造成此現(xiàn)象的原因很可能是二段中心閥故障，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，該故障發(fā)生時(shí)，要及時(shí)去現(xiàn)場查看，用聽音棒檢測對(duì)應(yīng)的突然升高的線，檢測其對(duì)應(yīng)的二段組合閥是否有明顯的竄氣聲，如有竄氣聲，則表明對(duì)應(yīng)的二段組合閥失效。手動(dòng)SP3A，計(jì)劃停車更換對(duì)應(yīng)二段兩個(gè)組合閥，檢修時(shí)一定要仔細(xì)檢查組合閥與填料密封面是否有損傷。

d. 段間壓力突然降低。造成此現(xiàn)象的原因很可能是一段中心閥故障。解決時(shí)應(yīng)按與二段中心閥發(fā)生故障時(shí)類似的方法，檢測其對(duì)應(yīng)的一段組合閥。

2.2 高、低壓填料故障

超高壓往復(fù)壓縮機(jī)整套填料包含高、低壓填料，整套填料正常磨損失效的位置為高壓填料，根據(jù)操作維護(hù)水平的不同，失效時(shí)間大約為9～15個(gè)月；低壓填料失效的主要原因是潤滑不好，造成低壓填料密封組件過熱，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，只要操作維護(hù)得當(dāng)，低壓填料的壽命遠(yuǎn)大于高壓填料的壽命。

高壓填料失效的主要現(xiàn)象有：

a. 高壓填料失效假象。正常檢修完畢后，開車初期填料泄漏量極大，造成現(xiàn)場填料泄漏量檢測儀表滿，同時(shí)，柱塞溫度上升并在較高溫度下運(yùn)行，柱塞水平、垂直振動(dòng)波動(dòng)極大甚至上升至高報(bào)警點(diǎn)，這種現(xiàn)象在開車初期是正常的，因?yàn)殚_車初期內(nèi)部油潤、滑系統(tǒng)潤滑油和高壓填料、柱塞三者之間有一個(gè)趨于平衡的過程；同時(shí)現(xiàn)場外觀檢查確認(rèn)無工藝介質(zhì)外漏，用聽音棒檢測無大的異常響聲，并確認(rèn)注油器在90%以上(建議開車前放在90%)，待開車后大約10min后加大到100%，維持運(yùn)行約16h，根據(jù)柱塞溫度及垂直、水平振動(dòng)適當(dāng)降低注油量。但是如果某一氣缸的高壓填料泄漏量明顯大于同級(jí)別的其他氣缸，則需要重點(diǎn)監(jiān)測該氣缸的運(yùn)行參數(shù)，因?yàn)樵陂_車過程中造成此氣缸高壓填料失效可能性極大，最多通過4h運(yùn)行，觀測高壓填料泄漏量變化判斷高壓填料是否失效，如無明顯好轉(zhuǎn)則高壓填料失效。

b. 正常填料失效。填料泄漏氣有增大趨勢，經(jīng)過幾天或者幾周的運(yùn)行，泄漏量逐漸超過現(xiàn)場表的量程；同時(shí)，在此過程中，柱塞溫度升高(變化不是太明顯)，柱塞水平、垂直振動(dòng)變大(變化不是太明顯)。即使加大高壓填料注油器注油量至最大100%量程位置，填料泄漏量仍無明顯變化，此種情況基本可判斷為填料失效。此時(shí)需要計(jì)劃SP3A停車，更換整套填料。

c. 高壓填料突然失效現(xiàn)象。此種現(xiàn)象最直觀的就是高壓填料對(duì)應(yīng)的泄壓孔有乙烯泄漏(呈白霧狀氣體)，可以判斷填料與封面失效。一旦發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，必須緊急SP3A停車檢修，更換高壓填料。

2.3 潤滑油系統(tǒng)故障

潤滑油系統(tǒng)對(duì)于超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的作用，就像血液對(duì)于人體的作用；超高壓往復(fù)壓縮機(jī)主要有3路油潤滑系統(tǒng)：氣缸潤滑油系統(tǒng)、冷卻沖洗油系統(tǒng)和曲軸箱潤滑油系統(tǒng)。

氣缸潤滑油系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象主要是氣缸潤滑油消耗過大、氣缸潤滑油現(xiàn)場油箱液位上升和注油器不注油3種。發(fā)生第一種故障時(shí)，可以在不影響柱塞溫度、振動(dòng)和氣缸溫度的情況下適當(dāng)調(diào)整注油量；發(fā)生第二種故障時(shí)，要及時(shí)檢查注油器的注油情況，若注油器注油失效，必須把此氣缸的另外兩個(gè)或者3個(gè)注油點(diǎn)負(fù)荷調(diào)整到100%，以保證氣缸潤滑效果；檢測確認(rèn)注油器不注油是注油器本身的故障還是出口單向閥的故障，待停車時(shí)計(jì)劃檢修更換注油器。

冷卻沖洗油系統(tǒng)和曲軸箱油系統(tǒng)常見的故障和處理方法列于表1。

表1 冷卻沖洗油系統(tǒng)和曲軸箱油系統(tǒng)常見的故障和處理方法

2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)常見故障

對(duì)于超高壓往復(fù)壓縮機(jī)來說，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的常見故障即為不明異響，這種不明異響是影響超高壓往復(fù)壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的潛在危險(xiǎn)因素，如果不能及時(shí)判斷原因并做出處理的話，易造成設(shè)備的重大事故。能正確、及時(shí)判斷出不明異響的原因，需要專業(yè)技術(shù)人員具備很強(qiáng)的超高壓壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，能通過微小的聲音變化判斷出問題的關(guān)鍵所在。經(jīng)分析，可能導(dǎo)致壓縮機(jī)不明異響的原因和處理方法如下：

a. 柱塞余隙偏小，需停車重新檢查調(diào)整柱塞余隙；

b. 曲軸主軸瓦間隙過大，需停車檢查曲軸主軸瓦間隙；

c. 連桿大小頭軸瓦損壞，需停車檢查更換連桿大小頭軸瓦；

d. 壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)不對(duì)中，需停車重新檢查找正；

e. 中心閥、柱塞損壞的部件或其他異物在氣缸中，需停車打開檢查清理氣缸，并同時(shí)檢查中心閥和柱塞打標(biāo)確認(rèn)是否水平；

f. 滑板失效，需停車檢查滑板巴氏合金有無脫落。

3 超高壓往復(fù)壓縮機(jī)長周期維護(hù)保養(yǎng)

3.1 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)需要做到：保證曲軸箱潤滑油系統(tǒng)和冷卻沖洗油系統(tǒng)的油溫(換熱器后)正常，在15～60℃范圍內(nèi)，油壓在0.45MPa左右，且不低于報(bào)警值0.20MPa，油箱液位在上下限之間，確認(rèn)潤滑油系統(tǒng)所有管路接頭完好，無泄漏；檢查冷卻油系統(tǒng)各氣缸爆破片是否完好，爆破片后管道上的視鏡是否有油通過；檢查氣缸潤滑油系統(tǒng)油溫是否正常，在40～60℃范圍內(nèi)，不低于35℃，油泵入口壓力在0.045MPa左右，不低于0.020MPa，油箱液位在上下限之間；觀察氣缸潤滑油注油泵視鏡中油口的滴油情況，檢查確認(rèn)各注油泵工作是否正常，是否有異常振動(dòng)和響聲；檢查注油泵注油器管線視鏡是否有氣泡冒出，如有則先關(guān)閉注油器入口閥，打開排氣閥排氣調(diào)整趕出氣泡，并調(diào)整注油器視鏡油液面至1/2處，根據(jù)柱塞運(yùn)行參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)注油量測算油量是否適當(dāng)；保證曲軸箱潤滑油過濾器壓差、冷卻沖洗油過濾器壓差在0.01～0.07MPa之間，且不高于報(bào)警值0.08MPa；保證界區(qū)循環(huán)水供水溫度小于28℃，供水壓力大于0.4 MPa(G)，符合工藝要求；檢查曲軸箱潤滑油系統(tǒng)和冷卻沖洗油系統(tǒng)中油冷器的冷卻水是否循環(huán)正常，無堵塞；檢查確認(rèn)界區(qū)低壓氮?dú)庀到y(tǒng)壓力為0.4～0.6MPa，符合工藝指標(biāo)要求，各部位保護(hù)氮?dú)鈮毫?、流量正?！?/p>

3.2 壓縮機(jī)

壓縮機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)需要做到：保證曲軸箱框架振動(dòng)不高于8mm/s，各段氣缸缸體振動(dòng)均不高于45mm/s，機(jī)組地腳螺栓無松動(dòng)，各部位無異常振動(dòng)；各段氣缸填料泄漏氣流量一次表在0～50kg/h正常范圍內(nèi)，不高于100kg/h；氣缸高壓填料泄漏氣總流量在0～450kg/h正常范圍內(nèi)，不高于800kg/h，且泄漏氣總管爆破片信號(hào)正常，未爆破；保證各段出入口溫度、壓力正常(指標(biāo)如開機(jī)最終狀態(tài)“狀態(tài)確認(rèn)”部分)；保證機(jī)組各傳動(dòng)部位無異常響聲；各主軸承溫度和所有主十字頭滑道溫度在40～70℃正常范圍內(nèi)，不高于75℃；所有柱塞溫度在40～65℃正常范圍內(nèi)，不高于70℃，所有柱塞振動(dòng)不高于200μm。

3.3 主電機(jī)

主電機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)需要做到：保證主電機(jī)運(yùn)行中無異常響聲；保證主電機(jī)電流正常；主電機(jī)繞組溫度不高于145℃；主電機(jī)軸承溫度不高于90℃；主電機(jī)軸承振動(dòng)不高于12.5mm/s；主電機(jī)正壓通風(fēng)壓力不低于0.2kPa。

3.4 工藝系統(tǒng)、儀表及其他

檢查各段出入口溫度、壓力是否正常，符合工藝指標(biāo)(指標(biāo)如開機(jī)最終狀態(tài)“狀態(tài)確認(rèn)”部分)；檢查進(jìn)出口管線、閥門及安全閥等是否有泄漏；檢查工藝氣管路是否有異常振動(dòng)。

確認(rèn)各儀表元件指示正確；保證現(xiàn)場儀表元器件接線無松動(dòng)、脫落現(xiàn)象。

冬季需注意重點(diǎn)檢查曲軸箱潤滑油系統(tǒng)、冷卻沖洗油系統(tǒng)、氣缸潤滑油系統(tǒng)油箱和管路電伴熱運(yùn)行情況；檢查曲軸箱潤滑系統(tǒng)、冷卻沖洗油系統(tǒng)、氣缸潤滑油系統(tǒng)油箱電加熱器的運(yùn)行情況，主電機(jī)和氣缸潤滑油注油器空間電加熱器運(yùn)行情況；同時(shí)，冷卻水和冷媒系統(tǒng)需要防凍凝。

4 超高壓往復(fù)壓縮機(jī)預(yù)知檢修

目前，國內(nèi)超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的故障或事故檢修多處于初級(jí)檢修階段。此種檢修方式對(duì)于人力、物力的要求較高，而且嚴(yán)重制約超高壓往復(fù)壓縮機(jī)長周期運(yùn)行。要想從根本上提高超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的運(yùn)行水平，必須做好由事后檢修向預(yù)知檢修的轉(zhuǎn)變。所謂預(yù)知檢修，就是對(duì)于設(shè)備的日常運(yùn)行有充分地了解，對(duì)各種參數(shù)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)波動(dòng)進(jìn)行科學(xué)分析，合理做出判斷，準(zhǔn)確預(yù)知設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于設(shè)備部件運(yùn)行水平和壽命做出預(yù)判，利用停車檢修的機(jī)會(huì)處理潛在問題，使影響超高壓往復(fù)壓縮機(jī)長周期運(yùn)行的危險(xiǎn)因素消除在萌芽之中。

國內(nèi)某LDPE裝置中超高壓往復(fù)壓縮機(jī)因填料失效泄漏故障檢修，造成的故障停車每年達(dá)16次之多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該裝置自2012年7月大檢修之后，通過對(duì)填料合理的預(yù)知檢修，運(yùn)行至2013年8月，因填料失效泄漏導(dǎo)致的停車事故降至每年4次，減少了超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的非計(jì)劃停車，提高了LDPE裝置運(yùn)行水平，該自2013年2月17日完成裝置開車后，超高壓往復(fù)壓縮機(jī)長周期平穩(wěn)運(yùn)行了83天，較原來最高平穩(wěn)運(yùn)行56天的記錄提高了17天。

5 結(jié)束語

目前，國內(nèi)在用LDPE裝置中超高壓往復(fù)壓縮機(jī)的運(yùn)行水平與國外的相比差距較大，其原因主要是設(shè)備運(yùn)行周期短、檢維修頻次高。這就要求技術(shù)管理人員和超高壓往復(fù)壓縮機(jī)操作人員善于總結(jié)各類故障的原因，尤其是故障前期的各種異常現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約有50%的超高壓往復(fù)壓縮機(jī)故障可以在最初期發(fā)現(xiàn)時(shí)通過操作延緩其發(fā)生，甚至有效地調(diào)節(jié)或避免。因此，規(guī)范的日常操作、合理的維護(hù)保養(yǎng)和故障預(yù)判、科學(xué)的檢維修是超高壓往復(fù)壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行最基本、也是最重要的保障。