壓縮機蘑菇型氣閥的改造及應(yīng)用

馬文禮，劉 鵬，曹 童，馬曉偉，王艷芝

（1.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003；2.中國石油大學(xué)（北京）過程流體過濾與分離技術(shù)北京市重點實驗室，北京 102249）

1 引言

某石化公司加氫裝置，使用上海德萊賽蘭壓縮機公司制造的循環(huán)氫壓縮機，該機組為2列對置平衡固定式水冷機組。其中，新氫采用兩級壓縮，各一列氣缸，循環(huán)氫采用一級壓縮，2列氣缸，氣閥使用上海德萊賽蘭公司制造的蘑菇型閥，2臺機組2004年11月投用至今。在該裝置運行過程中，發(fā)現(xiàn)采用蘑菇型氣閥的聯(lián)合壓縮機機組故障率高，維修頻繁。蘑菇型氣閥單只閥片流通面積大，一旦損壞就可造成氣閥完全失效，特別是新氫缸氣閥損壞常常造成級間壓力快速上升或快速下降并造成排氣溫度升高至聯(lián)鎖停機值。這些故障常常給機組切換時間很短，應(yīng)急處置困難，極易造成事故擴(kuò)大。此外，氣閥對壓縮機的能耗有著極大的影響，其一旦出現(xiàn)故障很有可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。而作為進(jìn)口壓縮機組配件的蘑菇型氣閥因?qū)＠麊栴}往往采購周期長，且價格高，無法有效解決氣閥故障頻發(fā)的難題。

2 蘑菇型氣閥存在的問題及改造思路

蘑菇閥是一種新式氣閥，其密封元件為蘑菇形狀，不易堵塞，其最大缺點在于單只閥片流通面積大，一旦損壞就會使氣閥完全失效。尤其是對聯(lián)合機組中的新氫缸，一旦氣閥損壞便會造成級間壓力迅速上升或下降，致使造成排氣溫度升高至聯(lián)鎖停機值，最終造成整個裝置停工。此外，蘑菇閥的采購費用高、周期長，可修復(fù)性不強，其一旦故障致使應(yīng)急處置困難，極易造成事故擴(kuò)大。常見的蘑菇型氣閥故障形式主要包括閥芯錯位、閥芯碎裂、彈簧斷裂等[2]。綜合考慮，當(dāng)前使用的蘑菇閥不適用于加氫裝置壓縮機。

與蘑菇閥相比，網(wǎng)狀閥是當(dāng)前在用壓縮機使用最多的，且其在高、低壓機中廣泛應(yīng)用。其閥片呈網(wǎng)狀，一般采用PEEK聚醚醚酮材質(zhì)。該類氣閥使用壽命長、閥片不易斷裂且不需要導(dǎo)向，其通流特性優(yōu)越，即使出現(xiàn)閥片損壞，壓縮機的氣量波動也不大，新氫缸級間壓力上升緩慢，機組切換時間較長，應(yīng)急處置相對簡單，不容易造成事故擴(kuò)大[3]。此外，其價格十分低廉，國產(chǎn)化程度較高。因此，嘗試將蘑菇型氣閥改造為網(wǎng)狀氣閥。

通過文獻(xiàn)資料查閱及與技術(shù)人員的交流探討，驗證了將壓縮機蘑菇閥改造為網(wǎng)狀閥的可行性，但是整體過程比較復(fù)雜，整個改造的大體流程如圖1所示。

3 蘑菇型氣閥改造過程中的關(guān)鍵技術(shù)

基于圖1所示的改造思路，首先要對運行機組聯(lián)合A機的運行狀態(tài)評估，確保聯(lián)合B機在改造期間聯(lián)合A機穩(wěn)定運行，并做好單機運行應(yīng)急預(yù)案。其次，根據(jù)某公司制氫裝置提供的壓縮機參數(shù)，相關(guān)工作人員現(xiàn)場對改造機組氣閥閥蓋、閥室的尺寸進(jìn)行測繪記錄，并且制造加工符合改造要求的網(wǎng)狀式氣閥及匹配的膜式卸荷器。還要對新氫、循環(huán)氫各級吸、排氣閥數(shù)量，吸氣閥閥蓋、吸氣閥卸荷器等的數(shù)量及其它相關(guān)配件材料進(jìn)行核對與檢驗。在核實改造材料無誤，配件齊全后，實施改造。

在蘑菇型氣閥改造的整個過程中，關(guān)鍵技術(shù)在于氣閥卸荷器的更換和改造完成后的試機工作。由于蘑菇型氣閥和網(wǎng)狀氣閥的結(jié)構(gòu)大不相同，對于氣閥結(jié)構(gòu)改造就在于對與氣閥相匹配的卸荷器的改造。圖2和圖3分別給出了與蘑菇型氣閥和網(wǎng)狀氣閥匹配的卸荷器結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)，2種氣閥的卸荷器從大小尺寸到結(jié)構(gòu)構(gòu)造都有著很大的不同。改造后的卸荷器結(jié)構(gòu)更加簡單，尺寸較小，便于維修人員對氣閥以及卸荷器的更換維修，大大降低了維修成本。在實施氣閥改造時，首先要對聯(lián)合B機進(jìn)行充分的氮氣置換，能量隔離，保證改造環(huán)境絕對的安全，安排專人監(jiān)護(hù)負(fù)責(zé)整個改造過程，提高監(jiān)護(hù)監(jiān)督質(zhì)量。鉗工工作人員拆卸壓蓋（含卸荷器）、氣閥以及密封圈/墊，清洗閥孔；更換密封圈/墊，安裝新氣閥；其中壓閥罩、排氣閥蓋利舊使用，吸氣閥蓋及卸荷器更新。根據(jù)現(xiàn)場安裝位置重新布置各級吸氣閥卸荷器風(fēng)線以及氣閥頂桿填料漏氣回收管路。壓縮機氣閥改造自2018年5月15日～2018年5月21日，共歷時6天完成全部改造內(nèi)容，包括20個進(jìn)排氣閥的更換，10個卸荷器的更換及附屬儀表、風(fēng)線管線的重新布局。

圖1 蘑菇型氣閥的改造思路

一般情況下，改造后的壓縮機需要進(jìn)行空負(fù)荷試機，但是由于某加氫裝置聯(lián)合壓縮機沒有空負(fù)荷試機流程，缺少單臺機組內(nèi)部的進(jìn)出口返回線，因此在裝置開工情況下就無法進(jìn)行新氣閥安裝后的空負(fù)荷試運，如何進(jìn)行改造后的試機工作是壓縮機蘑菇閥改造過程中的另一關(guān)鍵點。圖4給出了氣閥改造后的壓縮機組帶負(fù)荷試機流程。新氣閥安裝后，在靜態(tài)氣密及卸荷器靜態(tài)調(diào)試完成后直接進(jìn)行帶負(fù)荷試機工作。為避免造成裝置大幅度波動，采用兩機同轉(zhuǎn)，原機組0%負(fù)荷在線運轉(zhuǎn)備用方式進(jìn)行帶負(fù)荷試運。兩機同轉(zhuǎn)帶負(fù)荷試運時間暫定4 h。在準(zhǔn)備工作充分情況下，該裝置加氫壓縮機氣閥改造安裝新氣閥所需時間約3天，氣閥調(diào)試時間2天，在此期間車間評估保證另一臺壓縮機完好并做好單機運行預(yù)案。改造后負(fù)荷試機一次性成功，解決了以往試機時新氫級間超壓的問題。鑒于新網(wǎng)狀閥及卸荷器在結(jié)構(gòu)上的差異，徹底解決了新氫缸級間超壓的潛在隱患。

圖2 蘑菇閥的卸荷器

圖3 網(wǎng)狀閥的卸荷器

4 氣閥改造后壓縮機組的應(yīng)用效果分析

氣閥改造的目的是降低氣閥故障率，降低采購周期、節(jié)約采購成本。從改造運行情況來看，聯(lián)合B機已經(jīng)使用12個月，目前沒有出現(xiàn)任何異常，改造非常成功。表1給出了壓縮機氣閥改造前后的各方面效益對比。從表1中可以看出，該壓縮機組在改造氣閥后運行故障率大大降低，至今12個月內(nèi)未發(fā)生任何氣閥故障問題。改造氣閥后單臺機組更換氣閥直接節(jié)約成本59萬（蘑菇閥1.8萬/個，配套卸荷器4萬/個；網(wǎng)狀閥0.45萬/個，配套卸荷器0.8萬/個；節(jié)約總成本59萬），以后每次運行累積12000 h計劃性檢修將節(jié)約成本27萬元（20個氣閥節(jié)約總成本27萬）。此外，改造后的網(wǎng)狀閥國產(chǎn)化程度高，符合國家對工業(yè)化設(shè)備發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

圖4 壓縮機組試機流程

5 結(jié)語

在煉油加氫設(shè)備中，蘑菇型氣閥由于頻發(fā)故障被發(fā)現(xiàn)不適合用于該類型裝置的壓縮機組。本文提出的將壓縮機蘑菇型氣閥改造為網(wǎng)狀閥的技術(shù)在國內(nèi)隸屬首次，自主創(chuàng)新性強。改造中的關(guān)鍵在于對滿足壓縮機組工況需求的氣閥流量、溫度壓力的設(shè)計評估，以及改造后的試機方案的設(shè)計。從當(dāng)前應(yīng)用效果看，改造后機組故障率大大降低，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益巨大，有效地解決了加氫裝置壓縮機氣閥故障頻發(fā)的問題，為國內(nèi)處理類似壓縮機氣閥故障問題提供了借鑒和參考。