往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸活塞環(huán)磨損檢修與預(yù)防措施

高仁鵬，李海林，吳長春，趙鵬，張洪建

(1.中國石油獨(dú)山子石化公司煉油廠加氫聯(lián)合車間；2.中國石油獨(dú)山子石化公司煉油廠經(jīng)營管理處，新疆 獨(dú)山子833699)

獨(dú)山子石化公司煉油廠加氫聯(lián)合車間300萬直餾柴油加氫裝置自2009年開工以來，往復(fù)式壓縮機(jī)K101B已經(jīng)間斷運(yùn)行7年多時(shí)間，運(yùn)行狀況自2011年9月份裝置停工檢修后一直不穩(wěn)定。經(jīng)常在機(jī)組運(yùn)行72小時(shí)左右的時(shí)候，由于新氫一級出口壓力低，就被迫切換機(jī)組，給裝置的安穩(wěn)長運(yùn)行帶來隱患。本文通過分析，總結(jié)出新氫一級出口壓力低的主要原因是壓縮機(jī)活塞的設(shè)計(jì)問題，并相應(yīng)采取了有效措施，消除了隱患。

1 新氫/循環(huán)氫壓縮機(jī)概況

本裝置壓縮機(jī)為德國諾曼埃索公司生產(chǎn)的對稱平衡型往復(fù)式壓縮機(jī)，型號為2+1SVL320。壓縮機(jī)共有四個(gè)氣缸，分別為兩個(gè)新氫缸，兩個(gè)循環(huán)氫缸，新氫為兩級壓縮，循環(huán)氫為一級壓縮。壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)新氫一級出口壓力為4．7MPa，二級入口壓力4．65MPa，新氫二級入口壓力設(shè)計(jì)報(bào)警值為4．25MPa，聯(lián)鎖值為4．141MPa（表1為壓縮機(jī)運(yùn)行主要參數(shù)）。

2 新氫/循環(huán)氫壓縮機(jī)故障經(jīng)過與現(xiàn)象

2011年9月裝置停工大檢修時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)300萬新氫/循環(huán)氫壓縮機(jī)循環(huán)南缸外側(cè)活塞環(huán)斷裂，其他缸活塞環(huán)棱角處有輕微坑蝕，活塞環(huán)及導(dǎo)向環(huán)均未磨損，所以只對活塞環(huán)、氣封進(jìn)行了更換。9月26日開機(jī)，9月28日二級缸缸內(nèi)有聲音，現(xiàn)場判斷為活塞環(huán)缺油摩擦造成，調(diào)大注油量后聲音消除，但儀表顯示一級出口、二級入口超壓，現(xiàn)場監(jiān)測一、二級進(jìn)排氣閥溫度正常，拆檢進(jìn)排氣閥均正常，判斷活塞環(huán)磨損。表2為壓縮機(jī)新氫二級氣缸故障情況。

表1 壓縮機(jī)運(yùn)行主要參數(shù)

針對活塞環(huán)磨損的情況，對二級缸缸套進(jìn)行打磨后運(yùn)行未出現(xiàn)故障，因此判斷故障為缸套粗糙度超標(biāo)引起一級出口、二級入口超壓。至此二級氣缸活塞環(huán)導(dǎo)向環(huán)磨損、吹蝕的問題得到了有效的解決。

2011年10月24日壓縮機(jī)開機(jī)運(yùn)行至10月27日一級出口壓力低，對一級缸拆檢發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)支撐環(huán)磨損故障現(xiàn)象與二級缸一樣，在經(jīng)過3次檢修后仍未解決問題。表3為壓縮機(jī)新氫一級氣缸故障情況，圖1為支撐環(huán)吹蝕的痕跡，圖2為活塞環(huán)吹蝕的痕跡。

圖1 支撐環(huán)吹蝕的痕跡

圖2 活塞環(huán)吹蝕的痕跡

2012年2月13日～17日對壓縮機(jī)一二級氣缸缸套進(jìn)行了更換，開機(jī)運(yùn)行狀況良好，在正常運(yùn)行28天后一級缸排氣壓力下降至4．52MPa，對壓縮機(jī)進(jìn)行了拆檢；缸體內(nèi)部有少量活塞環(huán)磨損的粉末，水線暢通，活塞桿直線度跳動正常，活塞環(huán)支撐環(huán)都有吹蝕痕跡，表面粗糙度及圓度、圓柱度符合標(biāo)準(zhǔn)。2012年3月31日、4月10日，由于一級缸排氣壓力下降，兩次對該機(jī)進(jìn)行檢修，拆檢發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，均為活塞環(huán)磨損、活塞環(huán)、支撐環(huán)吹蝕現(xiàn)象。

表2 壓縮機(jī)新氫二級氣缸故障情況

表3 壓縮機(jī)新氫一級氣缸故障情況

2014年開機(jī)后該故障再次頻繁出現(xiàn)，測量活塞環(huán)徑向磨損（0．5～1．2）mm，支撐環(huán)徑向磨損（0．3～0．4）mm，缸套粗糙度為 Ra（0．9～1．6）μm。期間檢修時(shí)對活塞桿超級螺母緊固螺栓預(yù)緊力由160Nm提高到180Nm，也進(jìn)行了3天的空負(fù)荷磨合，對活塞桿和支撐環(huán)也換過諾曼埃索、沈陽遠(yuǎn)大、賀爾碧格、溫州中大等各個(gè)廠家的產(chǎn)品，對材質(zhì)也進(jìn)行過升級，但效果不佳，活塞環(huán)及支撐環(huán)仍有不同程度的氣體吹蝕痕跡。

2015年5月大修期間，更換該壓縮機(jī)了原廠(諾曼埃索）一級缸套以及一級活塞組件，并于6月24日啟用該機(jī)組，運(yùn)行約3個(gè)半月后，該機(jī)組再次出現(xiàn)一級出口壓力低的情況。2015年10月13日、2015年12月26日、2016年3月2日幾次檢修后開機(jī)，活塞環(huán)及支撐環(huán)仍有不同程度的氣體吹蝕痕跡。

3 壓縮機(jī)一級氣缸壓力低原因分析及解決方法

3.1 氣缸內(nèi)壓力分析

經(jīng)過與壓縮廠家討論分析，對該裝置2臺機(jī)組進(jìn)行了氣缸內(nèi)壓力監(jiān)測分析，從K101A機(jī)組一、二級的監(jiān)測曲線圖3和K101B機(jī)組一、二級的監(jiān)測曲線圖4，可以看出除了2臺機(jī)組的余隙腔的壓力變化較大以外，其余各測點(diǎn)曲線無異常偏差，可以排除氣缸內(nèi)壓力不穩(wěn)的情況。

圖3 K101A機(jī)組一、二級的壓力監(jiān)測曲線

圖4 K101B機(jī)組一、二級的壓力監(jiān)測曲線

3.2 活塞桿震動

壓縮機(jī)的每個(gè)曲拐都安裝了活塞桿下沉傳感器，用來長期監(jiān)測活塞桿垂直方向的下沉趨勢。從K101A機(jī)組一、二級的監(jiān)測曲線圖5和K101B機(jī)組一、二級的監(jiān)測曲線圖6，可以看雖然2臺機(jī)組的測量電壓差值較大，但對于機(jī)組本身的曲線變化相對有規(guī)則，可以排除活塞桿問題。

圖5 K101A機(jī)組一、二級的震動監(jiān)測曲線

圖6 K101B機(jī)組一、二級的震動監(jiān)測曲線

3.3 潤滑油粘度和注油量

該機(jī)組一共有8個(gè)注油點(diǎn)，每一級氣缸上有一點(diǎn)，考慮潤滑不充分可能導(dǎo)致一級缸的磨損，車間將一級氣缸備用注油點(diǎn)投用，圖7的3號點(diǎn)，注油量控制每分鐘8～12滴，經(jīng)過摸索發(fā)現(xiàn)注油量不是導(dǎo)致磨損的因素。

3.4 解決方法

通過以上幾方面的原因排查，2016年10月14日K-101B新氫一級活塞桿和活塞組件全部更換為沈陽遠(yuǎn)大壓縮機(jī)股份公司生產(chǎn)的配件，15日K-101B空負(fù)荷試運(yùn)磨合4小時(shí)運(yùn)行正常后停機(jī)備用，10月17日K-101B按計(jì)劃開機(jī)負(fù)荷試運(yùn)至10月27日停機(jī)，10月28日檢查K-101B新氫一級缸頭比較干凈，10月29日K-101B再次開機(jī)運(yùn)行至今。目前K-101B新氫一級缸注油量每分支控制在13～15秒/分鐘，新氫一級缸有間斷氣流聲響。圖8為改造前的活塞組件，圖9為改造后的活塞組件。

圖7 注油點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系

圖8 改造前的活塞組件

圖9 改造前的活塞組件

運(yùn)行參數(shù)對比。300萬直柴加氫裝置壓縮機(jī)K-101B運(yùn)行參數(shù)見表4，從數(shù)據(jù)表中可以看出：壓縮機(jī)K-101B在新氫一級入口溫度19℃條件下，采用沈陽遠(yuǎn)大的活塞組件后新氫一級壓比值約為1．92左右，比采用原廠的活塞組件要低0．02左右（原廠約1．94）。到目前為止機(jī)組累計(jì)運(yùn)行6個(gè)月未出現(xiàn)異常情況。

表4 運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語

通過此次改造，機(jī)組特護(hù)運(yùn)行了6個(gè)月，未出現(xiàn)前期出現(xiàn)的磨損情況，達(dá)到了關(guān)鍵機(jī)組6月進(jìn)行切換的要求，但原廠壓縮機(jī)本身的缺陷需要廠家進(jìn)一步分析原因。機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行是一個(gè)裝置能安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行的一個(gè)前提，直餾柴油加氫裝置中往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，它不但為反應(yīng)系統(tǒng)提供新鮮的氫氣，還為反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)提供了動力。一旦壓縮機(jī)出現(xiàn)問題，不但面臨裝置循環(huán)，更會嚴(yán)重威脅到設(shè)備和人員的安全，這就要求我們基層車間的管理人員和操作人員，在日常的巡檢當(dāng)中要更加細(xì)心的檢查壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，各個(gè)參數(shù)出現(xiàn)異常變化要及時(shí)分析原因，并在最短的時(shí)間將問題消滅在萌芽狀態(tài)。這樣才可以保證裝置安全、平穩(wěn)、長周期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] NEAC Compressor Service，2016,（8）．

[2] JB/T7240-2005，一般用往復(fù)活塞壓縮機(jī)主要零部件技術(shù)條件[J]．