柴油加氫精制裝置新氫壓縮機(jī)故障分析及對(duì)策

馬加壯

(中國(guó)石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250000)

中石化濟(jì)南分公司1.60 Mt/a柴油加氫精制裝置新氫壓縮機(jī)為2臺(tái)固定水冷對(duì)稱平衡型二列二級(jí)無(wú)油潤(rùn)滑往復(fù)式壓縮機(jī)(工藝位號(hào)為K-101A/B)，由無(wú)錫壓縮機(jī)廠設(shè)計(jì)制造。K-101B安裝有HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，K-101A設(shè)置有吸入氣閥卸荷器，可進(jìn)行0%、50%、100%負(fù)荷調(diào)節(jié)，于2011年9月安裝完成并投入使用。

新氫自系統(tǒng)氫氣管網(wǎng)來(lái)，進(jìn)入新氫壓縮機(jī)入口分液罐D(zhuǎn)-108，經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)壓縮后通過(guò)級(jí)間冷卻器進(jìn)入二級(jí)氣缸壓縮，被壓縮后的氫氣一部分去往循環(huán)氫壓縮機(jī)K-102出口，另一部分通過(guò)“二返一”水冷器E-104返回至D-108入口。工藝流程如圖1所示，機(jī)組性能參數(shù)如表1所示。

圖1 柴油加氫精制裝置新氫壓縮機(jī)工藝流程

1 機(jī)組故障情況及分析

新氫機(jī)組自2014年裝置RTS改造后開工運(yùn)行至今，主要發(fā)生過(guò)3次故障。對(duì)機(jī)組故障部件進(jìn)行拆檢分析，找出原因并采取相應(yīng)措施，以防止類似故障的發(fā)生。

表1 柴油加氫裝置新氫壓縮機(jī)主要參數(shù)

1.1 K-101B二級(jí)負(fù)荷異常故障

1.1.1故障經(jīng)過(guò)

2015年10月17日16:37，K-101B一、二級(jí)負(fù)荷器差值突然異常升高，二級(jí)負(fù)荷較一級(jí)負(fù)荷大10%～13%，初步分析原因?yàn)槎?jí)氣閥故障。10月19日9:30，車間將K-101B(簡(jiǎn)稱B機(jī)，下同)倒至K-101A(簡(jiǎn)稱A機(jī)，下同)運(yùn)行，B機(jī)置換合格后，開始更換二級(jí)兩個(gè)進(jìn)氣閥；16:00，檢修完成后，將A機(jī)倒回B機(jī)試運(yùn)，發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)負(fù)荷器差值與檢修前無(wú)變化，二級(jí)負(fù)荷仍較一級(jí)負(fù)荷大10%～13%，且二級(jí)排氣溫度逐漸升高至117 ℃，進(jìn)一步分析判斷為二級(jí)排氣閥故障；17:30，又倒至A機(jī)運(yùn)行，并聯(lián)系維修人員繼續(xù)處理B機(jī)。10月20日，維修人員拆檢二級(jí)排氣閥，一并打開缸蓋檢查活塞環(huán)運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)二級(jí)西側(cè)排氣閥彈簧脫落導(dǎo)致閥片與閥座脫開，排氣閥失效，造成排氣溫度升高，同時(shí)在HydroCOM自動(dòng)狀態(tài)下，使得二級(jí)負(fù)荷較一級(jí)負(fù)荷值異常增大；更換二級(jí)排氣閥后，16:00，車間將A機(jī)倒至B機(jī)，運(yùn)行恢復(fù)正常。

1.1.2故障原因探究

K-101B二級(jí)負(fù)荷突然異常升高后，通過(guò)以下兩個(gè)方面判斷原因?yàn)槎?jí)西側(cè)氣閥故障倒氣，隨后的檢修結(jié)果也證明了這一判斷的正確性：

1) 日常生產(chǎn)中，K-101B一、二級(jí)負(fù)荷采用自動(dòng)控制方式，HydroCOM系統(tǒng)根據(jù)級(jí)間壓力的實(shí)際值與給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)二級(jí)負(fù)荷。當(dāng)二級(jí)進(jìn)氣閥或排氣閥倒氣時(shí)，其負(fù)荷就會(huì)因?yàn)榈箽獾膿p失導(dǎo)致在任意時(shí)刻都遠(yuǎn)高于一級(jí)負(fù)荷。

2) HydroCOM每一個(gè)進(jìn)氣閥門的閥室外蓋處都安裝了一個(gè)溫度傳感器，用來(lái)測(cè)得進(jìn)氣閥閥室外蓋的實(shí)際溫度，從而獲知進(jìn)氣溫度。故障發(fā)生期間，2.2進(jìn)氣閥閥室外蓋溫度較2.1進(jìn)氣閥高約10 ℃，從而判斷2.2進(jìn)氣閥(西側(cè))發(fā)生故障倒氣。更換進(jìn)氣閥后試運(yùn)無(wú)效果，進(jìn)而判斷為西側(cè)排氣閥故障。隨后，拆檢確認(rèn)二級(jí)西側(cè)排氣閥失效。

1.1.3檢修情況

2015年4月3日，一、二級(jí)總計(jì)6個(gè)排氣閥全部換新，運(yùn)行6個(gè)半月，情況良好。2015年10月的這次檢修拆檢并更換了二級(jí)進(jìn)、排氣閥，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣閥整體比較干凈，排氣閥油泥較多，且西側(cè)排氣閥彈簧全部脫落，原因分析如下：2015年9月18～23日，二級(jí)氣缸存在異響，并有增大趨勢(shì)，24日聯(lián)系鉗工倒機(jī)后拆檢。因現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)氣閥及機(jī)體的各參數(shù)都正常，室內(nèi)DCS各機(jī)組相關(guān)參數(shù)也無(wú)異常，經(jīng)車間與維修人員綜合分析判斷，認(rèn)為異響原因可能為排氣閥壓蓋螺栓松動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)二級(jí)西側(cè)的排氣閥壓蓋螺栓全部有松動(dòng)跡象，其中有一條螺栓用手即能擰動(dòng)。緊固螺栓后開機(jī)，運(yùn)行正常。在壓蓋螺栓松動(dòng)期間，排氣閥閥室內(nèi)出現(xiàn)反復(fù)的劇烈振蕩，必然會(huì)引起氣閥組件疲勞松動(dòng)。24日緊固螺栓后繼續(xù)運(yùn)行，隨著機(jī)組本體的振動(dòng)，一段時(shí)間(9月24日～10月17日)后，已經(jīng)松動(dòng)的氣閥彈簧突然脫落(見圖2)，導(dǎo)致氣閥失效。

圖2 二級(jí)西側(cè)排氣閥(彈簧脫落在壓蓋內(nèi))

1.1.4調(diào)整及防范措施

1) 針對(duì)裝置中振動(dòng)較大的大型設(shè)備形成定期檢查緊固連接件的機(jī)制：a)日常巡檢加強(qiáng)對(duì)大型機(jī)泵，如反應(yīng)進(jìn)料泵P-102油路系統(tǒng)相關(guān)法蘭、卡子的關(guān)注，發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)的情況要及時(shí)緊固處理；b)每月對(duì)K-101A/B的一、二級(jí)排氣閥壓蓋螺栓進(jìn)行檢查，及時(shí)緊固松動(dòng)的螺栓。

2) 加強(qiáng)大機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)，加大巡檢力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并處理。

1.2 K-101B電機(jī)軸瓦燒損故障

1.2.1故障經(jīng)過(guò)

2016年4月28日08:00，K-101B電機(jī)聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B為58.9 ℃，至09:17，溫度升至62.4 ℃(升高3.5 ℃)，隨后班組人員發(fā)現(xiàn)TI16106B溫度急劇升高，09:20已升至78 ℃。現(xiàn)場(chǎng)查看就地溫度計(jì)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)指示與DCS顯示溫度一致。09:30，將K-101B倒至K-101A運(yùn)行，倒機(jī)前TI16106B溫度最高升至101.2 ℃(09:30，溫度變化趨勢(shì)如圖3所示)。維修人員拆檢K-101B 電機(jī)聯(lián)軸器端軸瓦，發(fā)現(xiàn)軸瓦損壞。對(duì)軸瓦進(jìn)行檢修(刮瓦、研瓦)后回裝，同時(shí)對(duì)電機(jī)兩端軸伸入電機(jī)本體部位澆注潤(rùn)滑油。5月9日09:00，將K-101A倒至K-101B，運(yùn)行恢復(fù)正常。

1.2.2故障原因探究

1) 排除壓縮機(jī)本體故障導(dǎo)致電機(jī)軸瓦故障

在電機(jī)聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B驟升時(shí)，電機(jī)自由端軸瓦溫度TI16107B(2016年4月28日08:00為53.7 ℃、09:30為53.9 ℃)、壓縮機(jī)軸瓦溫度(TI16103B/16104B/16105B)以及壓縮機(jī)本體振動(dòng)(VI16101B/16102B)均未出現(xiàn)大的波動(dòng)或者異常,如圖4～圖6所示。

圖3 K-101B電機(jī)聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B趨勢(shì)

圖4 K-101B電機(jī)自由端軸瓦溫度TI16107B趨勢(shì)

圖5 K-101B壓縮機(jī)軸瓦溫度

圖6 K-101B壓縮機(jī)本體振動(dòng)(VI16101B/16102B)趨勢(shì)

上述趨勢(shì)可排除因壓縮機(jī)本體振動(dòng)大致使電機(jī)受到軸向推力，造成電機(jī)軸振動(dòng)大、軸瓦發(fā)熱的原因。

2) 排除甩油環(huán)故障、油位低原因

該電機(jī)軸瓦潤(rùn)滑油靠甩油環(huán)將油箱內(nèi)的油帶至軸頸上，當(dāng)油箱內(nèi)油位低時(shí)，甩油環(huán)帶油量減少，會(huì)造成軸瓦溫升；另一方面如果甩油環(huán)不轉(zhuǎn)則會(huì)直接導(dǎo)致軸與軸瓦之間沒(méi)有油膜而燒毀軸瓦。拆檢軸瓦后發(fā)現(xiàn)，甩油環(huán)運(yùn)行良好，油箱油位也適中，因此可排除這一故障原因。

通過(guò)以上分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)得的電機(jī)軸溫(>100 ℃)，確定故障原因?yàn)殡姍C(jī)軸溫升高后傳熱至軸瓦處引起故障，具體分析如下：電機(jī)軸伸入電機(jī)本體的部位有一阻擋灰塵的環(huán)形毛氈部件，隨運(yùn)行周期增長(zhǎng)(開工后4年半)，該部件老化發(fā)硬，造成電機(jī)軸摩擦力增大，溫升增大，傳至軸瓦處，使軸瓦潤(rùn)滑油溫度逐漸升高，粘度降低，承載能力也隨之降低，至某一時(shí)刻，軸瓦與軸之間不能形成具有足夠壓力的油膜，使軸瓦與軸處在半液體摩擦狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)軸承溫度急劇升高，最終導(dǎo)致軸瓦燒損。

1.2.3調(diào)整及防范措施

1) 2013年10月，K-101B電機(jī)自由端軸瓦也發(fā)生過(guò)同樣故障。此次故障的發(fā)生再一次提醒我們要注意電機(jī)兩端軸溫的監(jiān)測(cè)，定期澆注適量潤(rùn)滑油，降低電機(jī)軸的摩擦。

2) 建議增設(shè)軸瓦強(qiáng)制潤(rùn)滑設(shè)備，降低軸瓦故障率。

1.3 K-101B HydroCOM無(wú)級(jí)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障

1.3.1故障經(jīng)過(guò)

2016年10月22日，K-101B HydroCOM系統(tǒng)出現(xiàn)故障，DCS顯示CIU(中間接口單元)報(bào)警，液壓油泵聯(lián)鎖停運(yùn)，HydroCOM系統(tǒng)切除。經(jīng)儀表人員檢查，處理了TDC(上死點(diǎn)傳感器，見圖7～圖8)現(xiàn)場(chǎng)接線盒及機(jī)柜間“Enable”(DCS激活HydroCOM系統(tǒng)，見圖9)的線纜接頭后恢復(fù)正常，具體過(guò)程如下：

1) 2016年10月22日05:41:59，因TDC傳感器現(xiàn)場(chǎng)接線盒(位置在K-101B一級(jí)缸北側(cè))內(nèi)電線接頭松開，CIU接收不到傳感器傳遞的活塞位置信號(hào)，屬HydroCOM系統(tǒng)自身故障，隨即HydroCOM系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)鎖切除，液壓油泵停運(yùn)，自動(dòng)切換到機(jī)組的100%負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)氣閥恢復(fù)到與普通氣閥一樣的功能，即成為依靠壓差工作的自動(dòng)閥。05:43，機(jī)組負(fù)荷升至100%。

圖7 TDC傳感器接線盒

圖8 安裝在飛輪上的TDC傳感器(圓柱形)

圖9 機(jī)柜間HydroCOM系統(tǒng)指示盤

2) 09:16，為配合儀表人員判斷故障原因，現(xiàn)場(chǎng)啟運(yùn)液壓油泵，而此時(shí)各進(jìn)氣閥的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥均處在初始狀態(tài)(使機(jī)組0%負(fù)荷的狀態(tài))下，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸內(nèi)充滿動(dòng)力，進(jìn)氣閥閥片在執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用下被卸荷器強(qiáng)制保持開啟狀態(tài)，機(jī)組負(fù)荷由100%降到0%。外操現(xiàn)場(chǎng)立即停運(yùn)油泵，負(fù)荷回到100%，造成新氫流量波動(dòng)。

3) 15:46，將K-101B倒至K-101A運(yùn)行，儀表人員在機(jī)柜間發(fā)現(xiàn)TDC傳感器指示燈不閃爍，判斷TDC傳感器故障，現(xiàn)場(chǎng)打開接線盒檢查，緊固松開的線路接頭。

4) 16:20，儀表處理完畢后，啟動(dòng)液壓油泵，K-101B空負(fù)荷啟運(yùn)，準(zhǔn)備倒機(jī)。16:25，K-101A降至50%負(fù)荷，內(nèi)操DCS給定K-101B一、二級(jí)各50%負(fù)荷(HYD01、PIC16003B手動(dòng)給50%)，但發(fā)現(xiàn)負(fù)荷器不起作用，K-101B基本不做功，A機(jī)負(fù)荷又倒回100%。儀表人員繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)柜間“Enable”信號(hào)指示未亮燈，即DCS信號(hào)不能通訊至CIU，未能激活HydroCOM系統(tǒng)，緊固其線纜接頭后恢復(fù)正常。16:47，K-101B負(fù)荷調(diào)至100%，運(yùn)行恢復(fù)正常。

1.3.2教訓(xùn)及防范措施

1) TDC傳感器現(xiàn)場(chǎng)接線盒僅用兩條螺栓固定在機(jī)組氣缸附近的柱子上，而此處平臺(tái)振動(dòng)較大，長(zhǎng)期運(yùn)行使接線盒內(nèi)接頭松動(dòng)。建議對(duì)接線盒進(jìn)行加固，避免出現(xiàn)類似問(wèn)題。

2) 儀表車間會(huì)在每次大檢修時(shí)對(duì)機(jī)柜間內(nèi)的關(guān)鍵儀表線纜接頭進(jìn)行緊固，目前裝置已運(yùn)行到第7年，建議儀表車間對(duì)關(guān)鍵儀表線纜接頭進(jìn)行檢查，防患于未然。

3) 加強(qiáng)HydroCOM系統(tǒng)理論及操作知識(shí)培訓(xùn)。

2 結(jié)語(yǔ)

加氫裝置新氫壓縮機(jī)為加氫反應(yīng)系統(tǒng)提供新氫，是維持生產(chǎn)正常運(yùn)行的核心設(shè)備。新氫壓縮機(jī)為往復(fù)式活塞壓縮機(jī)，其運(yùn)動(dòng)部件多，易損部件多，且B機(jī)設(shè)有復(fù)雜的HydroCOM氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；同時(shí)壓縮機(jī)的功率較大，排氣壓力高，且輸送的氣體易燃易爆，一旦發(fā)生事故，將造成嚴(yán)重后果。

本文通過(guò)分析柴油加氫新氫壓縮機(jī)發(fā)生故障的原因并提出改進(jìn)措施，為同類裝置往復(fù)式壓縮機(jī)組的運(yùn)行和故障處理提供有益借鑒。