往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與維護(hù)維修

許京棟

(中石油江蘇液化天然氣有限公司,江蘇 南通 226001)

隨著時(shí)代的發(fā)展,LNG作為清潔無(wú)污染的高效能源越來(lái)越得到重視。近年來(lái),中國(guó)沿海城市大批的LNG接收站項(xiàng)目正在建設(shè),而LNG接收站最關(guān)鍵的部分就是BOG的處理,BOG壓縮機(jī)作為這樣一個(gè)核心的設(shè)備在整個(gè)工藝流程中起著重要的作用。

通常LNG接收站在BOG的處理上有兩種方式,第一種是利用高壓壓縮機(jī)將儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG直接加壓后輸送至外輸NG管道[1],從而維持儲(chǔ)罐壓力。第二種則是由BOG壓縮機(jī)將儲(chǔ)罐內(nèi)的BOG加壓后輸送至再冷凝器,再冷凝器再通過(guò)低壓泵輸送的LNG將BOG再液化成LNG輸至下游。

1 往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)

1.1 基本組成

往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由汽缸蓋、閥門(mén)、活塞、活塞桿壓蓋、活塞桿、導(dǎo)向軸承、機(jī)架、十字頭、連桿、曲軸軸承、連桿軸承、曲軸、曲軸密封、隔熱裝置等構(gòu)件構(gòu)成,見(jiàn)圖1。

1.氣缸蓋;2.閥門(mén);3.活塞;4.活塞桿壓蓋;5.活塞桿;6.油擋;7.導(dǎo)向軸承;8.機(jī)架;9.十字頭;10.十字頭銷軸承;11.連桿;12.機(jī)架蓋;13.曲軸密封;14.地腳螺栓;15.底板;16.飛輪;17.曲軸軸承;18.連桿軸承;19.曲軸;20.濾油器;21.齒輪油泵;22.壓力計(jì);23.隔熱裝置;24.附加余隙控制裝置。

其中,往復(fù)式壓縮機(jī)的主體又可以分為三大部分:氣缸、隔離段和曲柄機(jī)構(gòu)。

1.2 氣缸

按照氣缸的壓縮方式,氣缸可以分為單作用氣缸和雙作用氣缸[2],往復(fù)式BOG壓縮機(jī)中共有兩級(jí)氣缸,在每一個(gè)氣缸里各有一個(gè)迷宮活塞對(duì)BOG氣體進(jìn)行壓縮,氣缸與活塞通過(guò)銷和螺釘固定在機(jī)架上,活塞桿壓蓋裝配在氣缸底部,采用迷宮式密封設(shè)計(jì)。

氣缸中的吸氣閥和排氣閥以止回閥的方式工作,從而確保氣體從壓縮機(jī)的吸氣側(cè)輸送至排氣側(cè)。吸氣閥直接比排氣閥直徑大,這可以防止將吸氣閥裝到壓縮機(jī)排氣閥的位置,或?qū)⑴艢忾y裝至吸氣閥的位置。

吸氣閥與排氣閥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

S.安裝就位的吸氣閥;D.安裝就位的排氣閥;G.氣流;φ.閥直徑;1.閥蓋;2.襯墊;3.壓筒;4.吸氣閥;5.排氣閥。

壓縮機(jī)的活塞為雙動(dòng)活塞,即上端和下端壓縮工藝氣體。活塞桿由一道槽分為上下兩個(gè)區(qū)域,十字頭和導(dǎo)向軸承之間的活塞桿部分采用飛濺潤(rùn)滑。

1.3 隔離段

隔離段是活塞桿壓蓋和導(dǎo)向軸承之間的區(qū)域[3]。隔離段將未潤(rùn)滑的壓縮區(qū)和被潤(rùn)滑的曲柄機(jī)構(gòu)清晰分開(kāi)。導(dǎo)向軸承和活塞桿壓蓋之間的距離比活塞行程長(zhǎng),這樣便于安裝油擋,以防油沿著導(dǎo)向軸承上方的活塞桿流淌。隔離段所有的孔口均用機(jī)架蓋封閉,并用扁平襯墊密封。

1.4 曲柄機(jī)構(gòu)

曲柄機(jī)構(gòu)包括連桿、十字頭、導(dǎo)向軸承、軸承、飛輪、平衡重等組成,其中曲柄機(jī)構(gòu)中軸承在驅(qū)動(dòng)端上與電動(dòng)機(jī)連接,曲軸的旋轉(zhuǎn)通過(guò)連桿轉(zhuǎn)化成十字頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng),拆卸曲軸時(shí),必須拆除氣缸和機(jī)架,采用平衡重來(lái)減少自由力及聯(lián)結(jié)點(diǎn),通常平衡重為螺栓固定的部件或鍛造為曲軸的零部件。

主軸承由兩個(gè)無(wú)填隙片的軸瓦組成,因此軸承間隙不能重調(diào),兩個(gè)軸瓦之間不能互換。曲軸通過(guò)機(jī)械氣密性曲軸密封實(shí)現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)端密封,曲軸密封的外蓋一直浸沒(méi)在潤(rùn)滑油中,因此曲軸密封不會(huì)與工藝氣體直接接觸,壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí),潤(rùn)滑油循環(huán)的同時(shí)也是在冷卻曲軸密封。

十字頭通過(guò)連桿作上下運(yùn)動(dòng),導(dǎo)向軸承使活塞桿與十字頭一起保持精確的線性移動(dòng),此外,導(dǎo)向軸承還將與曲軸箱與隔離段分開(kāi)。飛輪則用于補(bǔ)償從壓縮機(jī)到電動(dòng)機(jī)的不均勻負(fù)載。

2 往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的輔助系統(tǒng)

2.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)是為了確保對(duì)軸承和十字頭的充分潤(rùn)滑,潤(rùn)滑油在封閉的系統(tǒng)中循環(huán),壓縮機(jī)的輔油泵在壓縮機(jī)啟動(dòng)前會(huì)為軸承和十字頭提供潤(rùn)滑油,因此在啟動(dòng)壓縮機(jī)前需要先啟動(dòng)輔油泵,壓縮機(jī)停機(jī)后,輔油泵會(huì)自啟。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.溫度指示器;2.溫度變送器;3.油冷卻器;4.溫度指示器;5.截止閥;6.止回閥;7.預(yù)潤(rùn)滑泵;8.雙聯(lián)濾油器;9.截止閥;10.壓差指示器或變送器;11.壓力計(jì);12.壓力計(jì)或變送器。

在正常運(yùn)行期間,壓縮機(jī)的齒輪油泵通過(guò)內(nèi)置式濾油器從曲柄機(jī)構(gòu)吸油,迫使油經(jīng)油冷卻器和雙聯(lián)濾油器流至壓縮機(jī)軸承和十字頭[4]。雙聯(lián)濾油器包括兩個(gè)過(guò)濾器殼體并配備一個(gè)差壓指示器或開(kāi)關(guān)。在正常運(yùn)行期間,油流過(guò)兩個(gè)過(guò)濾器濾芯中的一個(gè)。如果污染程度超過(guò)允差的閾值(濾油器進(jìn)出口之間的壓差),操作員必須切換至另一濾芯。這樣,可以一邊清洗被污染的濾芯,一邊采用另一個(gè)濾芯繼續(xù)工作。

2.2 冷卻液系統(tǒng)

工藝氣體壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱量幾乎全部借助冷卻劑來(lái)實(shí)現(xiàn)散熱,所以必須使用干凈、非腐蝕性、并且具有足夠低的冰點(diǎn)的冷卻劑,通過(guò)供液總管將冷卻劑引入各部件。一般的壓縮機(jī)冷卻劑采用體積比為1∶1的水與乙二醇混合溶液,特點(diǎn)是在任何溫度下都不會(huì)結(jié)冰。

冷卻/加熱系統(tǒng)是恒溫控制的,冷卻劑在閉合的系統(tǒng)中循環(huán)且不能中斷,即使在停止運(yùn)行期間,冷卻劑仍然需要以恰當(dāng)?shù)淖畹蜏囟妊h(huán)。

冷卻的位置與作用見(jiàn)表1。

表1 冷卻的位置與作用

2.3 氮?dú)庀到y(tǒng)

壓縮機(jī)的氮?dú)庀到y(tǒng)主要有兩種作用:一是作為壓縮機(jī)的密封氣,二是對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。壓縮機(jī)的負(fù)荷控制是通過(guò)可控吸氣閥和附加余隙控制裝置實(shí)現(xiàn)的,其均配有執(zhí)行器。

2.4 安全裝置系統(tǒng)

為確保壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行,在異常情況下能防止人員受傷和設(shè)備損壞,壓縮機(jī)設(shè)置了一系列的安全裝置系統(tǒng),包括緊急停車、溫度檢測(cè)、壓力檢測(cè)等,其中流量檢測(cè)是檢測(cè)的冷卻劑的流量,目的是防止隔熱裝置堵塞及隨后的曲柄機(jī)構(gòu)冷卻等故障損壞壓縮機(jī),振動(dòng)開(kāi)關(guān)是為了防止壓縮機(jī)因振動(dòng)過(guò)高而引起機(jī)體的損壞。此外,還裝有安全閥和止回閥等裝置。

3 往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的工作原理

往復(fù)式BOG壓縮機(jī)在LNG行業(yè)裝置中屬于關(guān)鍵核心設(shè)備,它必須保證可以高強(qiáng)度、高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間地運(yùn)行。它具有壓力區(qū)間大,適配于各種低壓到高壓的工作環(huán)境,熱效率高,適應(yīng)性強(qiáng),排氣的范圍大,所需的材料要求不高等優(yōu)點(diǎn)。

壓縮機(jī)的工作原理是由活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)與氣閥相應(yīng)的開(kāi)、閉動(dòng)作相結(jié)合,使氣缸內(nèi)氣體依次實(shí)現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮和排氣四個(gè)過(guò)程,不斷循環(huán),將低壓氣體升壓源源不斷地輸出。

它的行程如果設(shè)曲軸的曲柄半徑為R,那么活塞從上到下移動(dòng)的最大距離就是2R,總共為行程S?；钊缮系较?再由下到上返回原來(lái)的位置,走兩個(gè)過(guò)程,成為一個(gè)循環(huán)(對(duì)于活塞每一側(cè)氣體而言,完成一次循環(huán),包括膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)程)。

4 往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的維護(hù)

4.1 預(yù)防性維護(hù)重要性

往復(fù)式BOG壓縮機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度運(yùn)行,所以更需要定期進(jìn)行預(yù)防性維護(hù),合理安排預(yù)防性維護(hù)能夠增加BOG壓縮機(jī)的使用時(shí)長(zhǎng),避免BOG壓縮機(jī)的內(nèi)部部件受到損壞和故障,增加操作人員和機(jī)器的安全性。

往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的傳遞動(dòng)力部分、氣體進(jìn)出及密封部分、輔助部分都是容易出現(xiàn)損壞的地方[5]。故需要定期檢查往復(fù)式BOG壓縮機(jī)的裝置部件例如壓力容器、冷卻器、阻尼器等的沉淀和腐蝕情況。對(duì)于松動(dòng)的觸頭和電纜應(yīng)立即進(jìn)行修復(fù),保護(hù)裝置的所有部件,如主電機(jī)、油泵、冷卻系統(tǒng)泵、氣動(dòng)控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)等,防止意外發(fā)生。

4.2 維護(hù)前的準(zhǔn)備工作

在開(kāi)始任何檢查修理或維護(hù)工作之前的第一步,是切斷配電箱的電源,并且用掛鎖把開(kāi)關(guān)鎖在“OFF”(斷開(kāi))位置,即使是所謂的低電壓電路,也應(yīng)該執(zhí)行上述步驟,應(yīng)該對(duì)鎖在斷開(kāi)位置的壓縮機(jī)和設(shè)備的開(kāi)關(guān)或控制裝置貼上標(biāo)簽,將該設(shè)備狀態(tài)通知給設(shè)備或電路或維修維護(hù)區(qū)的每個(gè)工作人員。只有接收機(jī)器安全鎖定程序相關(guān)培訓(xùn)合格的電工,才能對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。另外所用的鎖應(yīng)該都是不相同的,每把鑰匙只能開(kāi)一把鎖,應(yīng)該對(duì)每一個(gè)授權(quán)對(duì)設(shè)備上鎖和掛牌的維護(hù)人員配備一套自己的鑰匙和鎖,所有對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的人員應(yīng)該用自己的鎖來(lái)鎖該設(shè)備的開(kāi)關(guān),只允許經(jīng)過(guò)授權(quán)的人員開(kāi)啟鎖。

在設(shè)備斷電完成后,需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行泄壓和吹掃的步驟,完成包括工藝系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)的工藝和機(jī)械隔離。

運(yùn)行預(yù)潤(rùn)滑泵,去除溶解在油中的工藝氣體,關(guān)閉吸氣和排氣側(cè)工藝管線上的截止閥,關(guān)閉旁通閥,將工藝管線上的通至喇叭口的通風(fēng)閥打開(kāi),將通至隔離段的氮?dú)庠创祾唛y打開(kāi),將執(zhí)行器的截止閥打開(kāi),打開(kāi)壓力儀表的所有截止閥,將通至吸氣管和壓縮機(jī)的氮?dú)庠创祾唛y打開(kāi),吹掃壓縮機(jī)系統(tǒng)合適的時(shí)間,關(guān)閉工藝管線、隔離段和曲柄結(jié)構(gòu)的所有通風(fēng)閥,對(duì)吸氣和排氣截止閥之間的裝置部分,用氮?dú)饧訅旱皆摬糠肿畹桶踩珘毫ο拗?通常低于曲柄機(jī)構(gòu)安全閥的設(shè)定壓力)保持合適的時(shí)間,關(guān)閉氮?dú)庠?將隔離段和曲柄機(jī)構(gòu)的通風(fēng)閥打開(kāi)至安全位置,維持合適的時(shí)間后,將工藝管線和通風(fēng)閥打開(kāi)至安全位置,重復(fù)步驟,直至排放氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果氫含量低于作業(yè)規(guī)范中的規(guī)定值,在對(duì)壓縮機(jī)或其附件(如適用)執(zhí)行任何維護(hù)工作前,確保所有盲板法蘭已在維護(hù)位置。

4.3 常見(jiàn)壓縮機(jī)的故障與處理辦法

4.3.1 壓縮機(jī)入口壓力過(guò)低

入口壓力過(guò)低原因可能是儲(chǔ)罐壓力低,此時(shí)需要停掉壓縮機(jī),也可能是壓縮機(jī)的入口切斷閥故障被關(guān)小,此時(shí)則需要將故障壓縮機(jī)停掉切至備用壓縮機(jī)后,檢查閥門(mén)狀態(tài)。

4.3.2 壓縮機(jī)潤(rùn)滑油壓過(guò)低

潤(rùn)滑油壓過(guò)低原因可能是潤(rùn)滑油壓力表失靈,此時(shí)則需要校準(zhǔn)或更換油壓表,也有可能是油過(guò)濾器或管路堵塞,此時(shí)需要清理過(guò)濾器或檢查潤(rùn)滑油質(zhì)量,決定是否換油,還有可能是曲軸箱中油量不足,此時(shí)則需要增加曲軸箱中的油量,使其保持正常油位。

4.3.3 冷卻液溫度過(guò)低和過(guò)高

冷卻液溫度過(guò)低的原因可能是電加熱器故障,需要停壓縮機(jī)后檢查并維修電加熱器,也有可能是NG泄露,此時(shí)則需要停掉故障壓縮機(jī),啟動(dòng)備用壓縮機(jī),吹掃排凈后找出泄露原因。

冷卻液溫度過(guò)高的原因可能是風(fēng)冷器故障,需要停掉壓縮機(jī)檢查并維修風(fēng)冷器,也可能是壓縮機(jī)出現(xiàn)故障,則需要停機(jī)隔離檢查,找出原因。

4.3.4 壓縮機(jī)超電流(或繞組和軸承溫度過(guò)高)

壓縮機(jī)超電流,有可能是電動(dòng)機(jī)負(fù)荷太大導(dǎo)致,此時(shí)應(yīng)降低壓縮機(jī)出口壓力,減小壓縮機(jī)負(fù)荷。如果是周波低或電壓低,或者是電氣故障,則需要聯(lián)系電工到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。還有可能是勵(lì)磁機(jī)出現(xiàn)故障,此時(shí)若無(wú)法控制,則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取泄壓停車或緊急停車處理。

4.3.5 壓縮機(jī)冷卻液壓力過(guò)低

壓縮機(jī)冷卻液壓力低可能是由于冷卻液泵故障導(dǎo)致,可以切換至備用泵后斷電維修,也有可能是閥門(mén)和冷卻液管道故障,此時(shí)則需要停止壓縮機(jī)斷電隔離維修。

4.4 日常的定期檢查與巡檢內(nèi)容

4.4.1 定期檢查具體內(nèi)容

一是檢查所有系統(tǒng)正確操作,無(wú)報(bào)警指示,定期檢查工藝氣體和輔助流體無(wú)泄漏,包括潤(rùn)滑油、密封器、儀表風(fēng)等。

二是檢查壓縮機(jī)一、二級(jí)氣缸的進(jìn)、出口的溫度和壓力,并檢查壓縮機(jī)的振動(dòng)情況。

三是定期檢查冷卻劑的蓄能器壓力,不足時(shí)要及時(shí)補(bǔ)充,并檢查冷卻劑緩沖罐的壓力,壓力過(guò)低時(shí)需要注入,檢查冷卻水泵出口壓力,壓力過(guò)低時(shí),需要啟動(dòng)備用冷卻水泵,否則系統(tǒng)將會(huì)停車。

四是定期檢查空冷器風(fēng)扇,有一臺(tái)損壞時(shí)需要及時(shí)更換。定期檢查并聯(lián)的雙過(guò)濾器,如果其中一臺(tái)故障,可以不停潤(rùn)滑油系統(tǒng)直接切到另一臺(tái)過(guò)濾器,但損壞的過(guò)濾器需要及時(shí)更換。

五是檢查曲軸箱潤(rùn)滑油加熱器是否正常。

4.4.2 日常巡檢內(nèi)容

日常巡檢主要為實(shí)時(shí)關(guān)注壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),主要關(guān)注壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油液位、溫度、壓力,以及冷卻水的溫度、壓力、水流等情況。同時(shí)還需要關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)是否有異響,振動(dòng)是否正常,是否有跑冒滴漏等現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)并不是一個(gè)石油天然氣資源豐富的國(guó)家,天然氣的儲(chǔ)量只占世界儲(chǔ)量的1%,而且人口眾多,這也就決定了我國(guó)是一個(gè)能源進(jìn)口大國(guó)。LNG作為較為清潔的化石能源,更是進(jìn)口的主要內(nèi)容。所以未來(lái)的LNG接收站市場(chǎng)是巨大的,維持LNG接收站安全穩(wěn)定的運(yùn)行更是重中之重,BOG壓縮機(jī)作為整個(gè)工藝流程中最關(guān)鍵的設(shè)備之一更是需要我們?nèi)ャ@研,在平時(shí)的日常巡檢和例行維護(hù)的過(guò)程中,也需要仔細(xì)對(duì)待。