丙烯壓縮機故障分析與整改措施

常 亮

（中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇泰州 225000）

0 引言

中國石化某公司14萬t/a聚丙烯車間丙烯壓縮機PK301是迷宮密封活塞式壓縮機，是國產(chǎn)化的第一套丙烯循環(huán)氣壓縮機。由無錫壓縮機有限公司生產(chǎn)，型號ZW-28.33/0.5-19，位號PK301A/B，一用一備，技術(shù)參數(shù)見表1。主要工作介質(zhì)為含有少量TEAL和烴類的丙烯混合氣。在聚合工藝中，PK301壓縮來自F301的丙烯混合氣，提高壓力返回聚丙烯高壓洗滌塔T301進行循環(huán)利用，是聚丙烯節(jié)能降耗的關(guān)鍵所在，壓縮機的正常運行是裝置降低運行成本的保障之一。

PK301A/B自首次開工運行以來，經(jīng)常出現(xiàn)曲軸箱油位消耗快、中體帶液和潤滑油粘度下降、油壓差降低現(xiàn)象，導致設(shè)備經(jīng)常性停車和更換潤滑油（高熔脂幾乎一天一換），嚴重影響裝置的正常生產(chǎn)，造成丙烯無法回收利用。

表1 丙烯壓縮機操作與技術(shù)數(shù)據(jù)

1 設(shè)備概況

壓縮機型號ZW-28.33/0.5-19，主機屬于氣壓密封迷宮式活塞壓縮機,需經(jīng)2級壓縮至所需的壓力?；钊麩o油潤滑，并不接觸氣缸。曲軸傳動裝置潤滑使用長城L-DAB 150潤滑油。壓縮機上的壓力表可測出工藝氣體壓力。

從壓縮機到電機的不均勻載荷通過飛輪的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量補償，在飛輪側(cè)有軸封，可防止油和工藝氣體泄漏到環(huán)境中。潤滑油泵可由曲軸直接驅(qū)動，將潤滑油從油箱輸?shù)剿休S承。

連桿把曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑瓦\動，由十字頭、導向軸承帶動活塞桿上下運動。導向軸承頂部的刮油環(huán)可防止中間體進油（圖1）?；钊麠U刮油環(huán)流出的潤滑油流經(jīng)曲軸箱孔后流回油箱，活塞桿上部裝有一擋油環(huán)，用來阻擋泄漏的潤滑油。

圖1 迷宮壓縮機原理

壓縮機氣缸與活塞間、活塞桿與密封填料間均采用非接觸式迷宮密封，不僅排氣無油，而且氣缸內(nèi)不產(chǎn)生任何粉塵磨屑，對壓縮介質(zhì)無任何污染。由于無活塞環(huán)，壓縮機對介質(zhì)中含有的少量固體顆粒物不敏感。另外，從活塞桿密封泄漏的氣體通過外部管線，又被輸送回一級入口。PK301共有氣閥20只,其中一級入口8只,一級出口8只,二級出入口各2只,入口氣閥都有頂閥器,可控制壓縮機流量為3擋,分別為0%，50%，100%。同時，壓縮機二級出口有一個旁路，出口氣體中有25%的流量經(jīng)旁路控制閥和旁路冷卻器后返回一級緩沖罐入口，實現(xiàn)流量75%～100%的連續(xù)調(diào)節(jié)。

2 設(shè)備及工藝流程

丙烯壓縮機附屬設(shè)備包括入口過濾器、一級入口緩沖罐D(zhuǎn)307、一級出口緩沖罐D(zhuǎn)308、級間冷卻器E306、二級入口緩沖罐D(zhuǎn)309、二級出口緩沖罐D(zhuǎn)310、相應(yīng)閥門、管線及控制系統(tǒng)。工藝流程（圖2）：丙烯混合氣經(jīng)F302過濾后進入T302，通過T302中的洗滌油洗滌掉丙烯中的TEAL后進入D304，通過D304的絲網(wǎng)除沫器分離掉丙烯中的烴油，然后經(jīng)過壓縮機進口過濾器進入D307，經(jīng)二級壓縮后進入T301，通過PIC341控制壓縮機入口壓力。

圖2 PK301機組流程

3 故障現(xiàn)象

（1）正常生產(chǎn)中，PK301各參數(shù)運行正常，曲軸箱潤滑油油位下降迅速，幾天就到達紅線1/3以下。拆機檢查，發(fā)現(xiàn)中間體帶液較嚴重。

（2）每次生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品 Z30S（22～28）g/10 min，壓縮機潤滑油壓從0.45 MPa下降到0.2 MPa（油壓低報聯(lián)鎖值）僅用1d時間，潤滑油油壓差下降超快，停機檢查曲軸箱發(fā)現(xiàn)油位上漲了1/3，分析曲軸箱內(nèi)的潤滑油（長城 L-DAB 150）結(jié)果顯示運動黏度從150 mm2/s下降到39 mm2/s，潤滑油含有烴油成分。

4 原因分析

4.1 活塞桿刮油環(huán)運行效果差

機組在運行過程中，十字頭和導向軸承帶動活塞桿做往復運動，曲軸箱中的潤滑油附著在活塞桿上，導向軸承頂部的刮油環(huán)可防止活塞桿帶油中間體?；钊麠U上部裝有一擋油環(huán)，作為阻擋從刮油環(huán)泄漏出的少量潤滑油的最后屏障。活塞桿刮油環(huán)刮出的潤滑油大部分流經(jīng)曲軸箱孔后流回油箱,少量的油通過加強筋通到導向軸承中部油槽中,但由于導向軸承和活塞桿的精密配合,使?jié)櫥秃茈y順暢地通過導向軸承回流到曲軸箱中，容易造成刮油室內(nèi)積存過多的潤滑油，一旦積存的潤滑油位高到能浸泡全部刮油環(huán)時，刮油環(huán)的刮油作用就基本喪失，刮油室內(nèi)的潤滑油將漫出刮油腔而進入到中體。刮油環(huán)示意見圖3。

因此得出，（1）機組內(nèi)部刮油環(huán)安裝質(zhì)量差，刮油效果不理想；（2）導向軸承回油孔孔徑較小且數(shù)量少，導致潤滑油沒有回流到曲軸箱，長期運行，曲軸箱中油位下降迅速，潤滑油都隨著活塞桿竄至中間體，曲軸箱油位低，中間體拆開有大量潤滑油的現(xiàn)象。

4.2 丙烯中的烴油和油霧串入曲軸箱

在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時，潤滑油運動黏度下降超迅速。壓縮工藝氣體中含有大量的烴組分，且C5+（C5以上的組分）組分比其它公司的高，此類成分在丙烯原料中不存在，可以肯定為聚合反應(yīng)中產(chǎn)生。C5+（C5以上的組分）組分，在壓縮機中間壓力和溫度工況下（0.5 MPa,40 ℃），形成液態(tài)烴油，丙烯中的烴油和油霧無法及時排出，通過中間體串入到曲軸箱，污染并稀釋潤滑油，使得潤滑油運動黏度降低，油壓差下降，被迫停機換油。另外，烴油稀釋潤滑油，造成潤滑油在潤滑部件處形成不了油膜，對運動件（軸瓦、十字頭等）也會造成巨大損壞。

圖3 刮油環(huán)示意圖

5 整改措施

（1）更換刮油環(huán)，改善刮油效果，同時在導向軸承上增加2個Φ8 mm回油孔，確?；钊麠U從曲軸箱中帶出的潤滑油及時通過回油孔進入回油管線，返回至曲軸箱。在活塞桿填料密封處增加了2個刮油環(huán)，并且在中間體側(cè)蓋底部加3條排油管，并保持小開度連續(xù)性排油，使活塞桿帶進中體的潤滑油和氣缸中竄過來的泄露工藝氣體中所含烴類凝結(jié)油，都能通過中間體排放線及時排走。

改造后，機組運行一段時間，停機檢查中間體沒有積油，說明刮油環(huán)更換后，刮油效果有了明顯好轉(zhuǎn)；潤滑油位幾乎沒有下降，說明潤滑油回油量有足夠保證。

（2）刮油環(huán)和中體排油管線改造后，曲軸箱潤滑油油位得以保證，但是在生產(chǎn)高熔指產(chǎn)品時仍會出現(xiàn)潤滑油油壓差快速降低的問題。為解決C5+成分多的問題，把聚合反應(yīng)的密度從560 kg/m3提到570 kg/m3。分析數(shù)據(jù)顯示，壓縮組分的丙烯含量提高，C5+的組分有所減少，但對潤滑油使用工況改善的效果不明顯。

（3）為解決潤滑油黏度降低的問題，公司各相關(guān)部門聯(lián)合檢查，共同出謀劃策對該機組進行了多處改造：①在中體側(cè)蓋底部加排油管，排走進入中體的烴油；②在填料密封處，加刮油環(huán)，并引管線把刮下的油排走；③在生產(chǎn)方面，調(diào)整聚合反應(yīng)密度，減少碳五以上物資（C5+）的產(chǎn)生；④縮短壓縮氣洗滌塔T302的洗滌油更換周期，提高洗滌效果；⑤把活塞的迷宮密封填料改接觸式密封填料，以減少壓縮腔的烴油進入曲軸箱；⑥使用其他的抗稀釋能力更好的壓縮機油。前4項改造都沒有取得突破性的進展，將PK301B活塞的迷宮密封填料改接觸式密封填料，以減少壓縮腔的烴油進入曲軸箱，密封填料改造后，丙烯壓縮機組運行溫度稍有上升，采取降低吹掃丙烯氣溫度的方法，機組運行溫度正常。改造后，PK301B在生產(chǎn)高熔指Z30S時運行換油時間延長至超過5 d，生產(chǎn)其他較低熔指牌號的產(chǎn)品時，能長期運行。但在生產(chǎn)過程中，存在一個負面影響，由于接觸式密封在長期運行中摩擦有損耗，會有一些黑色石墨粉進入工藝氣體中，對氣閥造成損害，至于黑色石墨粉對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，暫在生產(chǎn)中還沒有體現(xiàn)出來。而后，PK301A更換使用美孚格高超級合成潤滑油，油壓差一直保持0.83 MPa左右，運行14 d，生產(chǎn)V30G，油壓差幾乎沒有變化。與使用長城L-DAB150時相比，長周期運行得到更好的保障。

6 結(jié)語

丙烯壓縮機PK301是聚丙烯裝置聚合物低壓脫氣回收單元的關(guān)鍵設(shè)備，需保證機組安全、平穩(wěn)、長周期運行。通過一年時間對PK301進行了多項整改措施，發(fā)現(xiàn)更改接觸式填料密封和更換抗稀釋性能力強的合成油具有良好的效果。實踐證明。采取以上兩項措施后，壓縮機更換潤滑油的次數(shù)大大減少，為確保裝置安全平穩(wěn)長周期運行做出了較大貢獻。