丙烯循環(huán)氣壓縮機運行故障分析及對策

曹圣賢(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

0 引言

洛陽石化14萬噸/年聚丙烯生產(chǎn)裝置2013年1月底實現(xiàn)開車生產(chǎn)。而裝置內(nèi)循環(huán)丙烯氣壓縮機PK301A/B自裝置投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運行不平穩(wěn)，頻繁多次出現(xiàn)故障停機現(xiàn)象，成為裝置低壓回收系統(tǒng)運行十分不穩(wěn)定的因素。在機組故障發(fā)生停機情況下，需要持續(xù)向火炬系統(tǒng)排放丙烯氣以維持低壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，這就造成大量低壓丙烯氣白白浪費，成為困擾聚丙烯裝置長周期、安全平穩(wěn)運行的重大生產(chǎn)隱患，亟待解決。

1 系統(tǒng)介紹

聚丙烯裝置低壓丙烯回收系統(tǒng)通過循環(huán)丙烯氣壓縮機PK301A/B對裝置低壓丙烯進行回收返回聚合單元，而壓縮機組PK301A/B是低壓丙烯回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。反應(yīng)后物料經(jīng)閃蒸罐分離，聚丙烯粉料夾帶丙烯氣進入低壓循環(huán)袋慮器F301后，進一步低壓分離出聚丙烯粉料中裹挾少量的丙烯氣。聚丙烯粉料從循環(huán)袋慮器器F301靠重力進入汽蒸罐，丙烯氣從袋慮器頂部經(jīng)安全過濾器F302A/B進入低壓丙烯洗滌塔T302。在洗滌塔T302中通過洗滌循環(huán)泵P304A/B實現(xiàn)丙烯氣與循環(huán)洗滌白油及抗結(jié)垢劑逆流接觸，除去丙烯氣中夾帶的聚丙烯細粉、三乙基鋁和少量雜質(zhì)組分。洗滌后的丙烯氣經(jīng)霧沫分離器D304分離丙烯氣中夾帶的洗滌油，分離后的丙烯氣通過PK301A/B增壓后進入高壓回收系統(tǒng)液化后進行回收至聚合單元續(xù)參與反應(yīng)，如圖1所示。

圖1 丙烯回收系統(tǒng)流程圖

丙烯循環(huán)氣壓縮機PK301A/B由沈陽遠大公司制造，每套機組由一臺兩級三缸往復式壓縮機，一級有兩個缸體，二級一個缸體，級間設(shè)有入口管道式過濾器、進出口緩沖罐、換熱器，控制閥門及管線。壓縮機壓縮腔室采用無油潤滑的迷宮密封，曲軸軸端設(shè)有同步齒輪油泵進行潤滑，預(yù)潤滑采用輔助潤滑統(tǒng)進行潤滑，如圖2所示。

圖2 PK301A/B壓縮機系統(tǒng)流程圖

裝置正常生產(chǎn)運行時，回收丙烯氣流量大約為2.0～3.0 t/h，如果循環(huán)氣壓縮機組PK301A/B發(fā)生故障停機，低壓循環(huán)丙烯氣就無法輸送到高壓回收系統(tǒng)進行回收，只能通過尾氣排放系統(tǒng)排放，大量丙烯白白浪費，造成較大的經(jīng)濟損失，同時對裝置安全、平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大的影響。丙烯循環(huán)氣壓縮機PK301A/B 作為節(jié)能設(shè)備，其能否正常穩(wěn)定運行，決定了裝置丙烯單耗，是裝置降低運行成本的重要保障[1]。

2 循環(huán)氣壓縮機運行故障情況分析

機組在長期運行過程中陸續(xù)出現(xiàn)一系列的運行問題，對機組長周期、平穩(wěn)運行造成較大影響，出現(xiàn)的故障類型主要有以下幾種情況。

2.1 油池油位頻繁降低

機組在運行初期，潤滑油油池油位頻繁下降，潤滑油流失，當油位到達低油位時，需不斷進行補油，入口緩沖罐需經(jīng)常排積油，機組做功及運行情況并無明顯異常。對機組進行停機檢查，打開隔離腔封蓋后發(fā)現(xiàn)隔離腔大量積油。通過分析判斷隔離段刮油環(huán)處設(shè)置的回油孔流道孔徑設(shè)計偏小，再加上部分雜質(zhì)對回油孔堵塞，造成循環(huán)潤滑油不能及時回流至曲軸箱，隔離腔積油較多，被隔離段吹掃丙烯氣帶至壓縮機組入口緩沖罐，這就造成曲軸箱潤滑油的油位迅速下降。其次，刮油環(huán)為易損件，個別流道潤滑效果差，運行磨損后與活塞桿間隙過大亦造成潤滑油流失，油環(huán)磨損情況如圖3所示。

圖3 刮油環(huán)磨損情況

刮油環(huán)在運行一段時間后，與活塞桿間隙變大，喪失良好的分離潤滑油作用，造成潤滑油透過間隙部分進入壓縮腔，對丙烯氣造成污染。并且潤滑油在迷宮密封處高溫作用，極易形成積碳，導致迷宮密封失效。當積碳存于氣缸內(nèi)，將使壓縮機的余隙減小，影響壓縮機的排氣量。當積碳過多時，也將使氣閥損壞，增加維修費用。

2.2 聯(lián)軸器膜片斷裂

在機組運行過程中，巡檢人員發(fā)現(xiàn)PK301A級發(fā)出異常強烈雜音，現(xiàn)場人員確認后緊急進行停機處理，切換至備用機。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為聯(lián)軸器螺栓斷裂，在其后運行過程中發(fā)現(xiàn)PK301B級也存在類似問題，如圖4和圖5所示。

圖4 PK301A聯(lián)軸器斷裂情況

圖5 PK301B聯(lián)軸器斷裂情況

壓縮機組電機與壓縮機采用膜片式聯(lián)軸器直聯(lián)設(shè)計，剛性連接。運轉(zhuǎn)過程中存在軸向竄動，聯(lián)軸器安裝螺栓預(yù)緊力等因素的影響，膜片聯(lián)軸器在工作時，分別受到扭矩、軸向偏差而引起的彎矩。轉(zhuǎn)動過程中，連接螺栓在扭矩作用下，產(chǎn)生了剪切應(yīng)力，軸向微量偏差而產(chǎn)生的彎矩使螺栓在運行過程中產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力。壓縮機曲軸每旋轉(zhuǎn)運動一周，產(chǎn)生的應(yīng)力就循環(huán)交變一次，螺栓在交變循環(huán)和復合應(yīng)力的作用下而發(fā)生疲勞斷裂[2]。

2.3 潤滑油油壓差低聯(lián)鎖停機

壓縮機的曲軸軸瓦、連接十字頭連桿等潤滑點依靠曲軸軸端相連的同步齒輪主油泵進行潤滑，潤滑油油壓差正常為0.30～0.40 MPa。但隨著運時間的加長，潤滑油油壓差逐漸降低，通過調(diào)整潤滑油進油閥門開度穩(wěn)定壓差，但潤滑油壓差依舊逐漸降低，直至潤滑油壓差低聯(lián)鎖停機。后打開檢查發(fā)現(xiàn)軸端軸瓦磨損嚴重，造成潤滑油大量泄漏，泵出口壓力偏低。根據(jù)主軸瓦磨損情況分析，由于曲軸設(shè)計制造存在缺陷，設(shè)備安裝存在偏差，造成曲軸運轉(zhuǎn)過程中軸向竄動，從而促使對主軸瓦的磨損速度加劇。

2.4 壓縮機氣閥故障

裝置運行期間，監(jiān)控機組運行發(fā)現(xiàn)壓縮機排氣量降低，在機組達到滿負荷的情況下，吸氣壓力仍較高，做功效率低，根據(jù)壓縮機氣閥動作的聲音以及進氣閥的溫度上升情況判斷氣閥失效故障，需進行處理。經(jīng)拆解后發(fā)現(xiàn)彈簧和閥片部分損壞，閥座密封面損壞，粘附有少量細粉，氣缸內(nèi)含有部分積液。壓縮機運行氣缸帶粉、帶油將造成工藝控制系統(tǒng)循環(huán)氣壓力、流量的變化，影響機組正常穩(wěn)定運行；其次造成壓縮機氣閥、閥片、活塞裙、活塞桿填料環(huán)等部件的損壞。液滴在氣缸內(nèi)對氣閥產(chǎn)生液擊，對氣閥產(chǎn)生較大影響；彈簧失效，閥片受力不均勻產(chǎn)生附加彎矩，加大了撞擊受力，導致閥片斷裂[3]。

2.5 工藝介質(zhì)帶粉、機組帶油

機組在運行過程中，由于介質(zhì)帶粉，造成吸入口過濾器堵塞吸氣壓力低聯(lián)鎖停機；其次，介質(zhì)進入壓縮機組將造成壓縮機組內(nèi)部件損壞，造成設(shè)備故障。工藝介質(zhì)帶粉是壓縮機PK301A/B常出現(xiàn)的故障之一，機組入口管道式過濾器被細粉堵塞后，丙烯氣進入壓縮機困難，機組吸入口壓力低造成入口壓力低聯(lián)鎖報警停機，同時，積聚細粉穿透濾網(wǎng)，造成氣缸內(nèi)黏結(jié)細粉，活塞裙及活塞桿之間迷宮密封因含有雜質(zhì)，長期磨損而發(fā)生失效。

在機組運轉(zhuǎn)過程中，也曾出現(xiàn)機組內(nèi)帶油，壓縮機振動大等現(xiàn)象。丙烯氣洗滌塔T302在洗滌過程中，將丙烯氣中夾帶的少量聚丙烯細粉和三乙基鋁洗滌下來，洗滌后的丙烯氣從丙烯氣洗滌塔T302出來進入壓縮機組PK301A/B。當丙烯氣洗滌塔T302洗滌循環(huán)油量不足，達不到理想的洗滌效果時，就容易造成細粉夾帶白油進入壓縮機組，導致機組帶油出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，造成機組振動增大、氣閥損壞等故障。此外，在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時，會產(chǎn)生較多的C5及以上烴油組分，而在回收丙烯氣過程中，這些高碳組分就會在系統(tǒng)中積聚，而未得到及時分離，也會造成機組帶油而發(fā)生機組故障。

3 處理對策

3.1 優(yōu)化回油流道，更換刮油環(huán)

利用檢維修機會，對機組進行檢修，刮油環(huán)處回油孔進行擴孔，對流動不暢的流道進行加工處理，并對損壞的刮油環(huán)進行更換，調(diào)整間隙，泄漏潤滑油情況得到有效消除。

3.2 改進聯(lián)軸器連接方式，減少沖擊

針對聯(lián)軸器螺栓斷裂的情況，經(jīng)過與廠家溝通，對聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)重新進行改型設(shè)計，采用新型鼓形齒式聯(lián)軸器。鼓形齒式聯(lián)軸器屬于撓性聯(lián)軸器，可允許較大的角位移，可改善齒的接觸條件，提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，延長使用壽命。具有徑向、軸向和角向等軸線偏差補償作用，可以補償電機軸與壓縮機曲軸之間的相對位移，并且具有緩沖減振作用。自投用以來效果明顯，改進后再未出現(xiàn)過聯(lián)軸器斷裂損壞的情況。

3.3 曲軸修復，更換軸瓦，提高裝配精度

壓縮機組解體檢修過程發(fā)現(xiàn)曲軸及軸瓦磨損的情況，與廠家合作，對受到磨損的曲軸進行修復，軸瓦進行更換，重新裝配，提高安裝精度，降低軸向竄動，經(jīng)過一段時間的運行后發(fā)現(xiàn)油池油壓差無明顯下降，改善效果明顯。

3.4 更換損壞氣閥，較少入口積液

吸氣壓力偏高，通過現(xiàn)場氣閥閥門溫度及動作情況進行檢查，排查出有故障的氣閥，對有故障的閥門進行更換，并針對積液現(xiàn)象，加強管理，定期對入口積液罐排液的排放，效果較為明顯。

3.5 進行技術(shù)改造，調(diào)整操作

通過技術(shù)改造在PK301A/B入口增加兩個可以相互切換的入口過濾器F303A/B，這樣方便清理，減少細粉夾帶。同時又相當于增加入口緩沖罐的作用，起到了減振，收集入口積液的作用。

嚴格執(zhí)行工藝管理要求，定期更換循環(huán)丙烯洗滌塔T302內(nèi)的洗滌油，確保油質(zhì)干凈，控制洗滌塔循環(huán)泵P304A/B循環(huán)量不低于17 t/h保證洗滌效果，防止細粉等雜質(zhì)進入機組。另外，控制好洗滌塔內(nèi)循環(huán)油油溫在合適區(qū)間，防止油溫太低造成黏度大，影響洗滌效果，而油溫太高又會將油氣帶入PK301A/B中，影響機組運行。同時，對技術(shù)改造投用的F303A/B也要定期排積液，減少機組帶油。

4 機組長周期運行改進對策

(1)生產(chǎn)調(diào)整時，特別是生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品(MFR大于20)時，加強管理，安排操作人員增加出入口緩沖罐排液頻次，防止積液過多。

(2)吸排氣閥作為易損件，定期對吸排氣閥進行溫度測量、記錄，特別是機組做功有變化時，如果同一氣缸內(nèi)氣閥閥體溫差相差達到10 ℃，及時更換溫度較高的氣閥。

(3)循環(huán)器壓縮機組PK301A/B為往復活塞式壓縮機，氣閥、密封、刮油環(huán)、軸瓦等易損件多，儲備足量質(zhì)量有保證的易損件可以縮短機組檢修時間。同時，為保證設(shè)備的長周期運行，定期清洗曲軸箱和更換潤滑油。

(4)加強工藝管理，維護好精制單元運行，保證原料丙烯精制效果，減少細粉產(chǎn)生，控制三乙基鋁加入量，減少三乙基鋁帶入下游回收單元的可能。

5 結(jié)語

通過對丙烯循環(huán)氣壓縮機組PK301A/B運行過程產(chǎn)生的故障情況進行原因分析，并提出改進措施，較好的解決了機組運行過程中出現(xiàn)的一系列問題，降低了機組的故障率，保證機組長周期、安全平穩(wěn)運行，從而達到降低裝置生產(chǎn)成本、提升經(jīng)濟效益、保障安全環(huán)保的目的。

自運行以來，在處理故障的過程中積累了豐富的經(jīng)驗，為今后的生產(chǎn)操作改進提供了一定的依據(jù)。今后將不斷摸索，最大程度地保障PK301A/B機組的安穩(wěn)連續(xù)運行。