干氣密封增壓泵故障分析及處理措施

邵炳濤，孟志祥，韓 軍，何 迎

（延安石油化工廠，陜西延安 727406）

1 干氣密封增壓泵系統(tǒng)

延安石油化工廠140 萬噸/年柴油加氫裝置離心式壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)氫氣增壓泵，采用MIDWEST PRESSURE SYSTEMS 公司的氣體壓力增壓器，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，干氣密封采用壓縮機(jī)出口氣（7.6 MPa，60 ℃）作為一級(jí)密封的氣源，通過氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥（PDV3702）將壓力調(diào)整為壓縮機(jī)的平衡管壓力高出0.3 MPa，然后通過高壓端流量計(jì)（701-FI-3702）、低壓端流量計(jì)（701-FI-3701）將流量控制在200 Nm3/h，后進(jìn)入一級(jí)密封腔體。在壓縮機(jī)開、停機(jī)時(shí)，采用氫氣增壓泵將密封氣源的壓力升高，使一級(jí)密封氣與平衡管壓差永遠(yuǎn)形成正壓以阻止機(jī)內(nèi)氣體竄出污染密封端面，造成干氣密封損壞。其工作流程為：當(dāng)一級(jí)密封氣壓差≤0.05 MPa 時(shí)，驅(qū)動(dòng)氣源（氮?dú)猓┙?jīng)電磁閥（701-SV3701）進(jìn)入增壓泵驅(qū)動(dòng)腔體使其做功增壓，以保證一級(jí)密封氣壓差和流量。

2 增壓泵的工作原理和結(jié)構(gòu)組成

氫氣增壓泵主要由驅(qū)動(dòng)缸、傳動(dòng)缸、四通控制閥、先導(dǎo)閥和進(jìn)出口單向閥組成，如圖1 所示。驅(qū)動(dòng)缸有一個(gè)直徑為102 mm的驅(qū)動(dòng)活塞，傳動(dòng)缸有一個(gè)直徑為76 mm 的傳動(dòng)活塞，面積比1.77，驅(qū)動(dòng)活塞和傳動(dòng)活塞通過活塞桿相連。驅(qū)動(dòng)缸是雙作用的，分為A 室和B 室，A 室和B 室的進(jìn)氣、排氣止回閥安裝在驅(qū)動(dòng)缸的端蓋內(nèi)，一個(gè)內(nèi)部歧管連接兩個(gè)進(jìn)氣止回閥，另一個(gè)內(nèi)部歧管連接兩個(gè)排氣止回閥。如果驅(qū)動(dòng)氮?dú)馀cA 室連通，則B室與排氣消音器連通，驅(qū)動(dòng)氮?dú)馔ㄟ^先導(dǎo)閥和四通換向閥來控制活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，它會(huì)帶動(dòng)傳動(dòng)活塞不斷的吸入、壓縮、排出一級(jí)密封氣，使密封氣的壓力升高，使用0.7 MPa 的驅(qū)動(dòng)氮?dú)夤?yīng)，其最大增壓壓力為1.2 MPa；如果密封氣的進(jìn)氣壓力為6 MPa，則增壓后的排氣壓力為7.2 MPa。

圖1 增壓泵結(jié)構(gòu)

3 增壓泵運(yùn)行存在的問題分析

干氣密封氫氣增壓泵在開、停工的運(yùn)行過程中，頻繁出現(xiàn)不能根據(jù)邏輯（壓差≤0.05 MPa）正常啟動(dòng)，故只能將系統(tǒng)壓力降至1.8 MPa 以下，將一級(jí)密封氣源切換至中壓氮?dú)猓?.3 MPa），以保證一級(jí)密封氣壓差和流量正常，否則容易造成機(jī)體內(nèi)的雜質(zhì)竄入干氣密封系統(tǒng)。然而隨著中壓氮?dú)馔ㄟ^一級(jí)密封不斷地進(jìn)入系統(tǒng)，氫氣純度慢慢降低，導(dǎo)致汽輪機(jī)在沖轉(zhuǎn)過程中負(fù)荷過重甚至沖轉(zhuǎn)失敗等情況發(fā)生。經(jīng)過分析，氫氣增壓泵不能正常啟動(dòng)主要有以下3 個(gè)因素。

（1）電磁閥（701-SV3701）不能正常工作，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)氮?dú)獠荒苓M(jìn)入四通控制閥。經(jīng)過排查，當(dāng)一級(jí)密封氣壓差≤0.05 MPa時(shí)，電磁閥通電，閥芯能正常動(dòng)作，氮?dú)馔ㄟ^電磁閥能正常進(jìn)入四通控制閥。

（2）一級(jí)密封氣帶液嚴(yán)重，導(dǎo)致氫氣增壓泵超負(fù)荷難以啟動(dòng)。通過每周或每月定期對(duì)干氣密封系統(tǒng)排液發(fā)現(xiàn)有輕微帶液現(xiàn)象，為此對(duì)干氣密封系統(tǒng)采用縮短排液間隔、加強(qiáng)脫液等措施，已基本消除一級(jí)密封氣帶液對(duì)增壓泵的影響。

（3）驅(qū)動(dòng)缸控制系統(tǒng)故障，導(dǎo)致四通控制閥不能正常換向，A 室和B 室的進(jìn)氣或排氣被阻斷，驅(qū)動(dòng)活塞不能規(guī)律性地往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為此，首先對(duì)驅(qū)動(dòng)缸的四通控制閥和先導(dǎo)閥的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，工作流程如圖2、圖3 所示：工作開始時(shí)，驅(qū)動(dòng)氮?dú)饨?jīng)過四通控制閥進(jìn)入驅(qū)動(dòng)缸的B 室，A 室通過四通控制閥與排氣消音器相連，驅(qū)動(dòng)活塞在兩側(cè)壓差的作用下向左運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)行到左止點(diǎn)時(shí)，先導(dǎo)閥A 的滑閥受到驅(qū)動(dòng)活塞的擠壓，克服彈簧的彈力向左運(yùn)動(dòng)，先導(dǎo)閥滑閥釋放驅(qū)動(dòng)氮?dú)膺M(jìn)入四通控制閥滑閥的左側(cè)，滑閥在氮?dú)鈮毫Φ淖饔孟孪蛴疫\(yùn)動(dòng)，滑閥的左凸肩堵住A 室的排氣口，中間凸肩釋放氮?dú)膺M(jìn)入A 室，同時(shí)滑閥的中間凸肩堵住B 室的進(jìn)氣口，B 室與排氣口連通，此時(shí)驅(qū)動(dòng)活塞在壓差的作用下開始向右運(yùn)動(dòng)，先導(dǎo)閥A 在彈簧的作用下自動(dòng)復(fù)位，壓力通過呼吸器通風(fēng)口卸掉，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到右止點(diǎn)時(shí)，先導(dǎo)閥B 受到驅(qū)動(dòng)活塞的擠壓，如此循環(huán)，通過先導(dǎo)閥來完成四通控制閥的換向以驅(qū)動(dòng)活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖2 活塞向左運(yùn)動(dòng)

圖3 活塞向右運(yùn)動(dòng)

4 處理措施和取得的成效

通過排查確定為驅(qū)動(dòng)缸控制系統(tǒng)故障，對(duì)驅(qū)動(dòng)缸進(jìn)行解體檢查：①將四通控制閥拆下，對(duì)各路通道進(jìn)行氮?dú)庳炌?，發(fā)現(xiàn)無堵塞，滑閥能正?；顒?dòng)；②對(duì)驅(qū)動(dòng)缸進(jìn)行拆卸，對(duì)驅(qū)動(dòng)活塞進(jìn)行盤車，正常無卡澀，對(duì)A 室、B 室的進(jìn)氣孔和排氣通道進(jìn)行氮?dú)庳炌?，未發(fā)現(xiàn)異常；③對(duì)缸蓋上的先導(dǎo)閥進(jìn)行檢查，對(duì)滑閥進(jìn)行活動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)滑閥卡澀嚴(yán)重，對(duì)先導(dǎo)閥進(jìn)行拆卸，如圖4、圖5 所示，滑閥凸肩因輕微生銹，與閥套之間的間隙過小，導(dǎo)致滑閥卡死。

圖4 先導(dǎo)閥閥套

圖5 先導(dǎo)閥滑閥

對(duì)先導(dǎo)閥滑閥進(jìn)行拋光處理，將凸肩與閥套之間的徑向間隙由0.01～0.05 mm 調(diào)整至0.03～0.06 mm。若間隙過大，滑閥凸肩在運(yùn)動(dòng)時(shí)，將不能堵住進(jìn)氣口，導(dǎo)致控制閥無法換向。對(duì)凸肩涂抹潤滑油防銹，建議廠家將滑閥和滑套的材料更換為不銹鋼，確?；y靈活可靠。經(jīng)過調(diào)整，四通控制閥換向正常，排氣消音器換氣正常，驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)正常，大大提高增壓泵的可靠性。

5 結(jié)束語

此次對(duì)美國MIDWEST PRESSURE SYSTEMS 氫氣增壓泵的故障排查、自主維修和技術(shù)改造，克服了進(jìn)口設(shè)備技術(shù)資料專業(yè)翻譯的難度，打破了以往進(jìn)口設(shè)備故障需返廠維修的瓶頸，預(yù)計(jì)可節(jié)約返廠維修費(fèi)用12 萬元，有效降低氫氣增壓泵的故障率，同時(shí)提高了石化廠的專業(yè)技術(shù)水平。