超高壓壓縮機(jī)輔助十字頭溫度異常的原因分析及解決措施

樊安寧，馬文禮，劉俊生，陳國(guó)森，李 縉，盛艷花

（1.神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831400；2.中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

1 引言

某高壓聚乙烯裝置引進(jìn)德國(guó)巴塞爾（Basell）公司Lupotech TS高壓管式法工藝技術(shù)[1]，該技術(shù)以乙烯為原料，丙醛或丙烯作為分子量調(diào)節(jié)劑（即鏈轉(zhuǎn)移劑），以過氧化物為引發(fā)劑，反應(yīng)器采用乙烯單點(diǎn)進(jìn)料4段反應(yīng)的聚合方式，在240～310 MPa高壓狀態(tài)下生產(chǎn)低密度聚乙烯均聚產(chǎn)品。超高壓壓縮機(jī)C1202是對(duì)稱的兩級(jí)壓縮機(jī)，一段有4個(gè)缸，二段有6 個(gè)缸。一段將進(jìn)氣從28.5 MPa 壓縮到大約120 MPa，二段的最終出口壓力大約為260 MPa，一段和二段的吸氣溫度均為40℃，通過調(diào)節(jié)吸氣壓力和溫度可以將壓縮機(jī)的負(fù)荷控制在設(shè)計(jì)負(fù)荷的95%～105%。二次機(jī)的一段入口與高循返回氣和一次機(jī)C1201的出口相連，來自一次機(jī)和高循返回氣中的乙烯，通過二次機(jī)C1202一段、中冷器E1210A/B、C1202二段，最終壓縮到聚合所需壓力，通過反應(yīng)器預(yù)熱器E1301A/B加熱至引發(fā)溫度，進(jìn)入反應(yīng)器開始聚合反應(yīng)。C1202安裝有泄漏氣收集分離器V1204，V1204的氣體送至一次機(jī)C1201二段入口，分離出來的油通過廢油泵P1202A/B送至廢油罐。正常生產(chǎn)時(shí)V1204的操作壓力約為0.55 MPa，可以利用壓差將油送至廢油罐。

2 壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

C1202采用往復(fù)柱塞式壓縮機(jī)，型號(hào)K10，無備機(jī)，分二段壓縮共10個(gè)缸，一段4個(gè)缸，二段6個(gè)缸，結(jié)構(gòu)如圖1所示。10個(gè)缸水平布置在曲軸箱兩側(cè)，一邊5個(gè)由電機(jī)直連帶動(dòng)。與主機(jī)配套提供電機(jī)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣缸冷卻系統(tǒng)以及保護(hù)壓縮機(jī)安全運(yùn)行的控制聯(lián)鎖系統(tǒng)。氣缸潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑劑嚴(yán)格按專利商要求，采用TOTAL Orites DS270X。二次壓縮機(jī)出口壓力300 MPa（G），這種超高壓力往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)制造及安裝，目前僅瑞士的Burckhardt Compression和意大利的GE Nuovo Pignone兩家有經(jīng)驗(yàn)和成功使用業(yè)績(jī)。二次壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝采用的標(biāo)準(zhǔn)是制造廠標(biāo)準(zhǔn)，主電機(jī)功率為23500 kW。K10型壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

由于超高壓壓縮機(jī)出口壓力可達(dá)300 MPa，壓縮機(jī)本身承受著相當(dāng)大的作用力，特別是壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)于蘇爾壽壓縮機(jī)來說，由于有輔助十字頭，運(yùn)轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，軸瓦受載工況較好。主軸瓦水平放置，在油膜區(qū)域有-水平切口，對(duì)油膜穩(wěn)定成型雖有一定影響，但由于其受載工況較好，軸瓦的動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜還是保持較好[2]。

3 十字頭溫度異常典型案例

2019年5月8日21：07二次機(jī)2B十字頭溫度TI12705升高至70℃。XSH_12700觸發(fā)ESD1303A，聚合反應(yīng)停止，班長(zhǎng)立即匯報(bào)調(diào)度及裝置管理人員，各崗位做SP3A 之后的正常處理。21：08 V1203罐液位高報(bào)開關(guān)LS_12009報(bào)警，半小時(shí)后ESD1220觸發(fā)，一次機(jī)停止，二次機(jī)正常運(yùn)行。22：15啟動(dòng)一次機(jī)，22：56建立聚合反應(yīng)，23：00啟動(dòng)擠壓機(jī)，裝置恢復(fù)正常生產(chǎn)。事件過程中二次機(jī)單獨(dú)運(yùn)行37 min，工藝參數(shù)正常，未發(fā)生二次機(jī)停止運(yùn)行情況。

4 原因分析

輔助十字頭溫度偏高，可從以下幾個(gè)方面排除故障：檢查、清潔、調(diào)整冷沖油系統(tǒng)，檢查、更換導(dǎo)套，檢查、更換帶滑套的輔助導(dǎo)向，檢查彈性桿跳動(dòng)，檢查柱塞跳動(dòng)等，或者從儀表本省問題或者回路方面去考慮排除。

圖1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 超高壓壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4.1 冷沖油流量不足

前期生產(chǎn)無限流孔板時(shí)，冷沖油系統(tǒng)油壓不可控制太高，約為0.35 MPa（壓力大、流速快，在潤(rùn)滑部位不易形成油膜），現(xiàn)場(chǎng)采取將冷沖油去潤(rùn)滑部位的手閥未全開，但是發(fā)現(xiàn)沖洗油回油視鏡內(nèi)（氣缸夾套） 有氣泡，視鏡內(nèi)油污較多。外商在現(xiàn)場(chǎng)查看后，將進(jìn)入到低壓填料沖洗油閥門關(guān)小，再將進(jìn)入到每段高壓填料夾套的冷沖油閥門開大，氣泡消失。之前產(chǎn)生氣泡原因?yàn)槔鋮s沖洗油流量不足，且溫度高導(dǎo)致[3]。

4.2 冷沖油耗大

檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)二次機(jī)2段中體內(nèi)發(fā)現(xiàn)銅屑，拆檢分析為低壓填料減壓環(huán)磨損造成，導(dǎo)致冷卻沖洗油消耗量大從而導(dǎo)致輔助十字頭冷卻不足溫度異常。

4.3 冷卻沖洗油油質(zhì)不純

使用冷卻和沖洗油系統(tǒng)的壓力油來冷卻高壓填料函、沖洗低壓填料函和潤(rùn)滑輔助導(dǎo)向。冷沖油設(shè)計(jì)換油時(shí)間為8000 h，隨著機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行，冷沖油純度有所降低，體現(xiàn)在系統(tǒng)過濾器壓差升高，壓差高報(bào)值為0.23 MPa，輔助十字頭溫度偏高時(shí)油壓壓差已經(jīng)為0.20 MPa，快接近報(bào)警值，此時(shí)說明油質(zhì)已經(jīng)變差。

4.4 易損件損壞

正常運(yùn)行周期時(shí)，2B段輔助十字頭TI12705溫度較其他段偏高。2019年公司年度大檢修，對(duì)2B段輔助十字頭進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，彈性連桿損壞嚴(yán)重，是造成溫度升高的直接原因，通常造成輔助十字頭溫度升高的99%原因是此處磨損，溫度瞬間升高是brass墊圈的問題，溫度持續(xù)數(shù)月升高是此易損件損壞導(dǎo)致，易損件小黑塊centering bush（中心襯套）。

5 解決措施

5.1 提高冷卻油量

對(duì)冷沖油進(jìn)入高低壓填料、輔助十字頭入口管線法蘭中間加限流孔板。增加限流孔板后，可將現(xiàn)場(chǎng)手閥全開，提高冷卻油量。此外，將冷沖油壓力適當(dāng)提高，由原來的0.42 MPa提至0.45 MPa，經(jīng)過半年運(yùn)行周期，冷沖油視鏡未出現(xiàn)氣泡等現(xiàn)象，機(jī)組溫度正常。

表2 油品合格指標(biāo)

5.2 重新設(shè)計(jì)低壓填料，降低油耗

2015年布卡重新設(shè)計(jì)新的低壓填料，自更換投用以來，能夠有效降低磨損及潤(rùn)滑油消耗。

5.3 定期更換冷卻油并做油樣分析

在二次機(jī)機(jī)組運(yùn)行過程中，對(duì)冷沖油系統(tǒng)進(jìn)行間隙排油、加新油，將以前使用周期長(zhǎng)的冷沖油進(jìn)行稀釋置換，保證油質(zhì)的干凈，并根據(jù)表2所示指標(biāo)每月對(duì)油樣進(jìn)行分析比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)排查原因。

5.4 降低冷沖油油溫

冷沖油油箱電加熱器溫度正常設(shè)定為45℃，溫度過高，在潤(rùn)滑部位形成的油膜太稀，起不到潤(rùn)滑作用，溫度太低，油粘度偏高，流動(dòng)性變差，易影響潤(rùn)滑效果。在確保冷沖油潤(rùn)滑效果的前提下，將油箱電加熱器現(xiàn)場(chǎng)溫度設(shè)定降低5℃左右，或者對(duì)油系統(tǒng)換熱器進(jìn)行切換清洗，提高換熱效果，確保冷沖油經(jīng)過換熱器后溫度不高。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)超高壓壓縮機(jī)輔助十字頭溫度異常現(xiàn)象進(jìn)行分析，從冷卻油量、冷卻油溫、冷卻油質(zhì)以及設(shè)備易損件等方面入手，找出溫度偏高的根本原因，通過增加限流孔板、更換冷卻油、降低冷卻油溫、重新設(shè)計(jì)新的低壓填料等措施，徹底解決了輔助十字頭溫度異常的問題。對(duì)防止事故擴(kuò)大保證裝置平穩(wěn)安全運(yùn)行具有積極作用。從當(dāng)前實(shí)施措施后的應(yīng)用效果看，自改進(jìn)后該處溫度一直正常，未發(fā)生一起異常波動(dòng)，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)相關(guān)石化設(shè)備人員處理同類超高壓壓縮機(jī)輔助十字頭溫度異常問題提供了借鑒和參考。