往復(fù)式壓縮機(jī)排氣溫度高的原因分析及處理措施

劉凱，李寶恒，白海云

（中國(guó)石油蘭州石化分公司石油化工廠，甘肅蘭州 730060）

某國(guó)產(chǎn)廠家ZW-6.3/12.15型閃蒸汽壓縮機(jī)是聚乙烯裝置的重要設(shè)備，主要作用是將聚乙烯淤漿（己烷、乙烯、粉末等混合物）進(jìn)入閃蒸罐減壓閃蒸后的氣體送至反應(yīng)釜進(jìn)行循環(huán)使用，該壓縮機(jī)對(duì)聚乙烯反應(yīng)氫乙烯比的控制、產(chǎn)品質(zhì)量、減少物耗有很大作用。2020年1月以來(lái)，該壓縮機(jī)多次因一段排氣溫度高于145℃而聯(lián)鎖停機(jī)，閃蒸氣無(wú)法回收，大量排放至火炬系統(tǒng)。造成乙烯、己烷損耗量大，裝置操作難度增加，產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)。

1 結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

該閃蒸氣壓縮機(jī)為立式無(wú)油潤(rùn)滑迷宮往復(fù)式壓縮機(jī)，帶中間冷卻器的兩級(jí)壓縮結(jié)構(gòu)，最高入口壓力為0.016 MPa，排氣壓力為1.215 MPa，進(jìn)氣溫度為0~40℃，一段排氣溫度高聯(lián)鎖值為145℃，二段排氣溫度高聯(lián)鎖值為135℃。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

該壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)一段排氣溫度為125~135℃之間。停機(jī)前，也出現(xiàn)過(guò)因一段排氣溫度達(dá)145℃而導(dǎo)致的聯(lián)鎖停機(jī)情況。對(duì)吸氣、排氣閥進(jìn)行更換后，仍然出現(xiàn)排氣溫度高的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)氣缸夾套循環(huán)水回水管線不暢，局部過(guò)熱，就地直排夾套循環(huán)水回水后溫度略有下降，因排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)頻次減少。將氣缸頂部循環(huán)水回水導(dǎo)淋打開(kāi)直接噴淋氣缸后排氣溫度在一段時(shí)間內(nèi)降至135℃~140℃之間，后又出現(xiàn)一段排氣溫度聯(lián)鎖停機(jī)現(xiàn)象。此次出現(xiàn)的頻繁停機(jī)發(fā)生在氣缸噴淋循環(huán)水降溫的情況下。因此，全面分析該壓縮機(jī)的故障原因尤為必要。

2.1 進(jìn)氣溫度高

壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐及一段入口緩沖罐溫度分別為60℃及57℃，遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度不大于40℃的設(shè)計(jì)值。使用便攜式測(cè)溫儀實(shí)測(cè)兩臺(tái)緩沖罐溫度為58℃及55℃，排除了現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì)故障的原因?，F(xiàn)場(chǎng)逐一檢查了進(jìn)氣工藝管路及流程均未發(fā)現(xiàn)異常。在進(jìn)氣緩沖罐頂部蒸汽加熱管線閥后測(cè)量溫度為120℃，閥處于全關(guān)狀態(tài)，初步判斷蒸汽加熱閥門內(nèi)漏導(dǎo)致壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度高。

2.2 氣缸冷卻效果差

往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，氣缸冷卻發(fā)揮著重要的作用，可以降低往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的溫度，若氣缸冷卻水夾套內(nèi)結(jié)垢時(shí)就會(huì)導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)氣缸冷卻效果差，排氣溫度升高，影響壓縮機(jī)的運(yùn)行。該壓縮機(jī)已使用近20年，氣缸循環(huán)水夾套因手孔蓋拆卸困難從未進(jìn)行清洗，長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，夾套內(nèi)循環(huán)水結(jié)垢，流通面積變小，氣缸夾套內(nèi)循環(huán)水壓降大，造成循環(huán)水上水、回水壓力差減小，導(dǎo)致循環(huán)水流量低，冷卻效果進(jìn)一步下降。如前所述，將氣缸頂部循環(huán)水朝天導(dǎo)淋閥打開(kāi)后水直接噴淋氣缸，通過(guò)冷卻水在氣缸表面的蒸發(fā)吸熱，對(duì)壓縮機(jī)排氣溫度的降低起到了一定作用。

2.3 出口管網(wǎng)壓力值高

往復(fù)壓縮機(jī)絕熱壓縮計(jì)算公式為：

式中：Ts、Td—吸、排氣溫度，℃；ε—壓縮比，Ps、Pd—吸、排氣絕對(duì)壓力，MPa；k—?dú)怏w絕熱指數(shù)。

從上式可知，排氣溫度Td與壓縮比ε成正比，壓縮比越大，排氣溫度越高。該壓縮機(jī)出口壓力設(shè)計(jì)值為1.215 MPa，正常操作時(shí)二段緩沖罐出口管網(wǎng)壓力設(shè)定值為1.1 MPa，操作壓力在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，但屬于偏高水平。在滿足生產(chǎn)運(yùn)行的前提下，出口管網(wǎng)壓力有進(jìn)一步下調(diào)的空間。

2.4 活塞磨損漏氣

活塞采用迷宮密封形式，鑄鐵材質(zhì)。如果在氣體壓縮過(guò)程中活塞泄漏，高壓側(cè)的高溫氣體泄漏至低壓側(cè)，可導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)活塞再次壓縮時(shí)，原吸氣側(cè)的氣體被再次壓縮，而高壓側(cè)的高溫氣體再次泄漏至低壓側(cè)，在活塞數(shù)次循環(huán)工作過(guò)程中，排氣溫度將會(huì)持續(xù)升高。導(dǎo)致活塞泄漏的原因主要有：①活塞使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，介質(zhì)中的微量粉末進(jìn)入到迷宮槽內(nèi)，活塞阻塞氣體泄漏的“迷宮效應(yīng)”功能減弱；②活塞桿、十字頭、連桿安裝時(shí)不對(duì)中，使活塞偏磨，迷宮槽被磨平；③活塞的材質(zhì)不符合硬度及膨脹要求等。

2.5 氣閥損壞

氣閥是活塞式壓縮機(jī)易損件之一，其作用是控制氣體及時(shí)吸入和排出氣缸。進(jìn)、排氣閥泄漏都會(huì)引起排氣溫度的升高。如排氣閥泄漏，在吸入過(guò)程中處于氣缸排氣腔的高溫氣體會(huì)通過(guò)排氣閥被吸入到氣缸中，導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)壓縮時(shí)，被吸入氣缸的高溫氣體被再次壓縮，在數(shù)次的壓縮循環(huán)中，有部分氣體被循環(huán)多次壓縮，使溫度累計(jì)上升。而吸氣閥出現(xiàn)泄漏，會(huì)使下一級(jí)吸氣量減少而導(dǎo)致本級(jí)排氣壓力、溫度升高。氣閥損壞主要有以下幾種情況：①氣閥閥片變形、破損，氣閥閥片被異物卡塞。②氣閥閥座面腐蝕或閥座墊斷裂。③氣閥彈簧損壞引起氣閥閥片斷裂，而氣閥閥片斷裂又加速氣閥閥座的損壞，從而導(dǎo)致在氣閥閥片處倒氣，引起排氣溫度超高。④閥片在升程過(guò)程中受阻或彈簧彈力過(guò)大。

3 處理措施及效果

3.1 更換蒸汽加熱閥門、降低進(jìn)氣溫度

該壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度高是由于蒸汽加熱閥門內(nèi)漏造成，閥門為DN25口徑的焊接閥，通過(guò)更換該蒸汽閥門，切斷蒸汽對(duì)壓縮機(jī)入口緩沖罐的加熱。閥門更換后，入口緩沖罐溫度下降至32℃，低于40℃的設(shè)計(jì)值。

3.2 下調(diào)管網(wǎng)壓力

壓縮機(jī)的二段出口管網(wǎng)壓力只需大于反應(yīng)釜最高工作壓力即可。因此，在二段出口壓力與設(shè)計(jì)壓力接近的情況下調(diào)低管網(wǎng)壓力能夠同步降低一、二段排氣壓力，達(dá)到降低壓縮機(jī)排氣溫度的目的，且具備可操作性。將管網(wǎng)壓力從1.1 MPa下調(diào)為0.9 MPa， 重新設(shè)定后的壓力仍然高于反應(yīng)釜最高工作壓力值（0.6 MPa），在滿足生產(chǎn)運(yùn)行的條件下通過(guò)減小壓縮比降低了排氣溫度。

3.3 氣缸拆卸、清理夾套

在將近20年的使用過(guò)程中，氣缸循環(huán)水夾套一、二段共4個(gè)排污手孔因腐蝕原因從未拆卸過(guò)，期間嘗試了使用專用工具拆除、氣焊加熱拆除等方式均沒(méi)有成功?？紤]到在生產(chǎn)裝置內(nèi)氣焊切割拆除手孔將產(chǎn)生大量火花，安全隱患較大，因此將氣缸整體拆卸后吊裝至固定動(dòng)火區(qū)對(duì)排污手孔進(jìn)行切割拆除。打開(kāi)后發(fā)現(xiàn)氣缸夾套內(nèi)部淤泥多，壁垢層厚（見(jiàn)圖1）造成傳熱系數(shù)低。使用高壓水槍對(duì)氣缸夾套進(jìn)行沖洗并對(duì)附著在內(nèi)壁的垢層進(jìn)行酸洗，部分垢層脫落，提高了氣缸的傳熱系數(shù)。

圖1 氣缸夾套內(nèi)淤泥及垢層

2020年5月27日，以上措施實(shí)施完畢，并檢查活塞完好無(wú)磨損，壓縮機(jī)檢修復(fù)位后開(kāi)車。開(kāi)車初期參數(shù)基本正常，運(yùn)行一周后又出現(xiàn)一段排氣溫度高于145℃壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，并伴隨流量偏低的現(xiàn)象。

3.4 更換氣閥

壓縮機(jī)再次因一段排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)，因此先檢查了一段排氣、二段吸氣共4個(gè)氣閥，未發(fā)現(xiàn)異常。再次開(kāi)機(jī)后經(jīng)過(guò)反復(fù)確認(rèn)，并通過(guò)測(cè)振儀發(fā)現(xiàn)二段上排氣閥壓蓋振動(dòng)值為其他排氣閥壓蓋的2倍。2020年6月8日檢查發(fā)現(xiàn)二段排氣閥中心螺栓斷裂，閥片、緩沖片損壞嚴(yán)重（見(jiàn)圖2）。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查與尺寸測(cè)量，二段排氣閥損壞原因?yàn)槠谑褂?，支撐圈與閥蓋處存在1.0 mm間隙，壓縮機(jī)做功過(guò)程中氣閥座與氣缸周期性的撞擊造成中心螺栓及閥片疲勞斷裂。

圖2 二段排氣閥損壞

更換氣閥后，該壓縮機(jī)一段出口溫度始終保持在130℃以內(nèi)，一段排氣壓力為0.30 MPa，檢修后已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行9個(gè)月，未發(fā)生因排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)現(xiàn)象，壓縮機(jī)運(yùn)行狀況良好。

4 結(jié)論

該閃蒸氣壓縮機(jī)排氣溫度高的根本原因是氣缸冷卻效果差及一段進(jìn)氣溫度高。由于在氣缸拆卸清理前對(duì)氣閥進(jìn)行了更換，氣閥蓋的密封墊片更換后未準(zhǔn)確測(cè)量及調(diào)整。二段排氣閥的疲勞損壞是6月3日一段排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)的直接原因。因此， 針對(duì)無(wú)油潤(rùn)滑的迷宮型往復(fù)式壓縮機(jī)，排氣溫度高的問(wèn)題分析應(yīng)該從水路、氣路兩個(gè)方面多層次進(jìn)行分析。