循環(huán)氫壓縮機(jī)活塞桿磨損分析及改進(jìn)

馬文禮，劉俊生，馬 龍，樊安寧，曹 童，劉 鵬

（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.神華新疆化工有限公司，新疆烏魯木齊 831400）

1 引言

120萬t/a加氫改質(zhì)裝置循環(huán)氫-氫氣增壓聯(lián)合壓縮機(jī)組由無錫壓縮機(jī)股份有限公司制造，2臺壓縮機(jī)，一開一備。該壓縮機(jī)是整個柴油加氫裝置核心設(shè)備，也是裝置的心臟，一旦機(jī)組出現(xiàn)問題停機(jī)，整個裝置就要被迫停工，因此該進(jìn)組運行工況的好壞直接決定裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)以及經(jīng)濟(jì)效益[1]。該壓縮機(jī)自2012年投產(chǎn)至今，因活塞桿磨損造成機(jī)組緊急切換維修及裝置大幅度波動事故已出現(xiàn)多次，輕則活塞桿拉傷，重則活塞桿報廢、氫氣外漏。機(jī)組結(jié)構(gòu)為四列一級，其中三列為循環(huán)缸，一列為氫氣增壓缸。壓縮機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

本文針對近期發(fā)生的機(jī)組活塞桿磨損故障，并對其磨損原因進(jìn)行深入分析，找出其頻繁發(fā)生磨損的根本性原因，提出一定的改進(jìn)措施，徹底解決了機(jī)組活塞桿磨損難題。

表1 壓縮機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)

2 活塞桿磨損概述

2018.7.1 日夜班，20：20內(nèi)操匯報改質(zhì)循環(huán)氫壓縮機(jī)K-3102+3301/A運行中右一活塞桿下沉201-ZT3402A探頭低報（≤1.25 mm），班組安排外操去現(xiàn)場檢查，循環(huán)機(jī)右一缸高位放空管溫度37℃，無異常聲音，填料溫度37 ℃正常。聯(lián)系儀表現(xiàn)場檢查，儀表前來檢查接線是否松動，將201-ZT3402A和201-ZT3403A對調(diào)顯示，初步判定為探頭故障問題，需停機(jī)后更換探頭，班組監(jiān)控運行。7.2日早上8：39左右內(nèi)操匯報循環(huán)氫機(jī)A機(jī)右一缸軸下沉（201-ZT3402A）由正常值1.32 mm 直接跳至0.243 mm，趨勢走直線。班組現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)右一缸填料泄漏較大，高位放空管溫度上升至60 ℃，填料泄漏介質(zhì)穿透壓縮機(jī)中體進(jìn)入曲軸箱，曲軸箱呼吸閥處檢測有可燃?xì)夂土蚧瘹洹．?dāng)班班組緊急切換機(jī)組，9：30機(jī)組切換完畢。2018年7月2日至4日，K-3102+3301/A拆檢更換右一、右二缸填料，檢查發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫右一缸軸下沉探頭201-ZT3402A端部碰磨局部缺損，右一缸活塞桿穿過中體隔板部位嚴(yán)重磨損（活塞桿上、下表面磨損嚴(yán)重），中體隔板填料磨損嚴(yán)重，中體隔板孔與活塞桿接觸部位磨損翻邊現(xiàn)象。

7月2日至7月4日機(jī)組進(jìn)行維修，對右一活塞桿進(jìn)行了更換，對右一缸中體隔板磨損部位修復(fù)，對右一缸、右二缸填料進(jìn)行了更換。

3 磨損分析

（1）右一缸活塞桿與中體隔板內(nèi)孔接觸摩擦并產(chǎn)生高溫，是造成活塞桿上下表面嚴(yán)重磨損的直接原因。

（2）metrix牌活塞桿下沉探頭測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，數(shù)值變化大并造成誤報警較多，操作人員無法準(zhǔn)確判斷活塞桿跳動的具體情況，久而久之麻痹大意無視DCS活塞桿位移的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致活塞桿磨損加劇。

（3）該壓縮機(jī)主填料采用的賀爾碧格公司產(chǎn)品，隔板填料采用的是無錫壓縮機(jī)廠產(chǎn)品。廠家不統(tǒng)一，產(chǎn)品設(shè)計理念不一致，填料結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、與活塞桿的間隙等均存在差異，所以一旦活塞桿跳動變大，與這2處填料的間隙變化及磨損情況也存在差異，這也是隔板填料損壞并造成活塞桿磨損的間接原因。

（4）活塞桿運行中出現(xiàn)大幅跳動是活塞桿與中體隔板內(nèi)孔接觸所致。由于中體隔板填料沒有設(shè)計潤滑、冷卻，為確保正常使用隔板填料均采用自潤滑材料。若設(shè)計、制造不良，中體隔板填料運行中摩擦產(chǎn)生的高溫使填料運行過程中變形、翻邊、局部脫落、形成磨料，就會造成與之接觸的活塞桿跳動增大，跳動的活塞桿運行中與中體隔板或填料組件中金屬部分接觸，最終造成活塞桿表面損壞。這是造成活塞桿磨損的間接原因之一?；钊麠U與中體隔板內(nèi)孔間隙平均在3 mm以上，活塞桿與中體隔板接觸說明活塞桿跳動較大，已過超過3 mm，由此可以看出活塞桿跳動范圍遠(yuǎn)超出報警值≤1.25 mm。

（5）主填料接觸部位的活塞桿表面完好，因此主填料大量泄漏是由于活塞桿運行中跳動大引起的。

4 改進(jìn)措施

（1）統(tǒng)一設(shè)計廠家對隔板填料進(jìn)行設(shè)計，選擇好的自潤滑材料，減少磨損產(chǎn)生的焦粉磨料以及活塞桿結(jié)焦情況發(fā)生，將原PEEK環(huán)改進(jìn)為PTFE+銅合金的組合環(huán)，提高徑向環(huán)的抗變形能力，消除PEEK環(huán)對活塞桿的磨損作用。

（2）為避免壓縮機(jī)長期停用期間活塞桿表面非摩擦段結(jié)焦硬化，可能對探頭及隔板填料磨損有影響。車間對停機(jī)時間超過一個月的循環(huán)氫壓縮機(jī)組有計劃地安排活塞桿表面油污及結(jié)焦情況清理。

（3）調(diào)整降低中體隔板填料氮封壓力（目前由0.15 MPa降低至0.05 MPa），避免氮封壓力高造成填料對活塞桿表面自壓緊作用產(chǎn)生的高比壓摩擦，降低填料磨損。

（4）將原來metrix品牌活塞桿測量探頭更換為精度更高、測量更穩(wěn)定的ab牌探頭，與此同時將四列缸的活塞桿探頭位移值由原來的≮2.0 mm提高至≮2.5 mm，監(jiān)督儀表維修人員安裝活塞桿下沉探頭時嚴(yán)格控制儀表探頭與活塞桿間距的新要求，避免運行中探頭與活塞桿可能的碰磨。

5 結(jié)語

本文通過對壓縮機(jī)活塞桿磨損進(jìn)行分析，從填料函以及活塞桿探頭故障表現(xiàn)入手，通過改進(jìn)隔板填料材質(zhì)、修改活塞桿探頭位移值等措施，徹底解決了活塞桿填料磨損的問題，對防止活塞桿拉傷報廢，機(jī)組填料氫氣泄漏發(fā)生著火爆炸事故，保證裝置安全運行具體積極作用。從當(dāng)前改進(jìn)措施實施后的應(yīng)用效果看，截止至今未發(fā)生一起活塞桿磨損故障，同時也為國內(nèi)相關(guān)石化設(shè)備人員處理類似問題提供了借鑒和參考。