時(shí)丕斌，王偉迪，康秀閣

（中國(guó)石油遼河石化公司，遼寧盤(pán)錦 124022）

0 前言

因?yàn)閴嚎s比大、熱效率高、吸排氣壓力范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，往復(fù)式壓縮機(jī)組被廣泛應(yīng)用于煉油、化工及冶金領(lǐng)域。由于加工工藝的需要，多數(shù)壓縮機(jī)組需要進(jìn)行輸送流量的調(diào)節(jié)與控制。其中，部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)以調(diào)節(jié)控制靈敏、節(jié)能效果顯著、運(yùn)行平穩(wěn)可靠的優(yōu)勢(shì)得以廣泛應(yīng)用。

1 氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)述

部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)工作原理是將活塞式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，依靠外止點(diǎn)傳感器監(jiān)控的曲軸實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)綜合處理，并將數(shù)據(jù)信號(hào)反饋至數(shù)據(jù)處理單元，進(jìn)而發(fā)出指令，通過(guò)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)時(shí)控制吸氣閥的啟閉時(shí)間，從而達(dá)到機(jī)組排氣量0～100%全范圍無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。活塞式壓縮機(jī)部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

圖1 活塞式壓縮機(jī)部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2 異常加載情況簡(jiǎn)述

某柴油加氫裝置新氫壓縮機(jī)組型號(hào)為4M125－48/20－150，采用HydroCOM氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該機(jī)組為四列三級(jí)壓縮，其中一級(jí)壓縮兩列，布置在曲軸的同側(cè)；二級(jí)及三級(jí)壓縮布置在曲軸的另一側(cè)。機(jī)組一級(jí)吸氣壓力約2.0 MPa，末級(jí)排氣壓力高達(dá)15 MPa。壓縮機(jī)組因前一級(jí)氣缸故障拆除檢修，機(jī)組回裝后試運(yùn)。

壓縮機(jī)組啟動(dòng)前，投用氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓油站，并調(diào)整液壓油站輸出油壓為12 MPa，油站油位及油溫均符合運(yùn)行指標(biāo)要求。為避免機(jī)組帶載啟動(dòng)沖擊高壓電網(wǎng)，將負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)各級(jí)負(fù)荷均調(diào)整為0%，即空負(fù)荷。壓縮機(jī)組啟動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)一級(jí)吸氣及排氣壓力稍有下降，但二級(jí)及三級(jí)排氣壓力均有大幅上升，機(jī)組啟動(dòng)后50 s內(nèi)，二級(jí)排氣壓力由2.0 MPa上升至3.7 MPa，三級(jí)排氣壓力由2.0 MPa上升至7.1 MPa。而且，壓縮機(jī)主電機(jī)運(yùn)行電流持續(xù)偏高，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)伴隨有尖銳刺耳的氣流噪聲。往復(fù)式壓縮機(jī)負(fù)荷異常波動(dòng)或各級(jí)負(fù)荷加載異常時(shí)，將導(dǎo)致各級(jí)綜合活塞力的變化，容易引起某級(jí)反向負(fù)荷不足而導(dǎo)致連桿小頭瓦燒研粘合的機(jī)械事故。為避免發(fā)生事故，緊急停運(yùn)該機(jī)組。

由上述現(xiàn)象分析可知，壓縮機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，雖然各級(jí)負(fù)荷已通過(guò)控制系統(tǒng)置零，但是，二級(jí)氣缸及三級(jí)氣缸仍有做功現(xiàn)象，排氣壓力大幅上升，一級(jí)氣缸則沒(méi)有明顯的做功現(xiàn)象，吸排氣壓力無(wú)顯著變化。機(jī)組停運(yùn)后，檢查發(fā)現(xiàn)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓油站高壓過(guò)濾器部位有周期性“呼哧”喘息聲音。

3 異常加載原因排查與分析

為查明壓縮機(jī)組帶載啟動(dòng)的原因，結(jié)合負(fù)荷控制系統(tǒng)的工作原理，從液壓油站及管路、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝間隙、負(fù)荷控制調(diào)節(jié)程序等方面進(jìn)行了分析與排查。

3.1 液壓油站及管路

機(jī)組檢修期間，氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓油站曾長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，而且曾拆裝前一級(jí)吸氣閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓管路等。為排查是否存在液壓管路接引錯(cuò)誤或油站流程異常等，對(duì)壓縮機(jī)組前一級(jí)各吸氣閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)給油及回油管路進(jìn)行了排查，確認(rèn)安裝正確。

氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)二級(jí)氣缸及三級(jí)氣缸位于壓縮機(jī)曲軸同側(cè)，且由同一路液壓油控制。為排查液壓油是否暢通，分別拆除二級(jí)及三級(jí)吸氣閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)供油接口，并啟動(dòng)液壓油站。檢查發(fā)現(xiàn)，各供油口可見(jiàn)液壓油均勻流出，證明各液壓管路暢通。此外，借鑒國(guó)外因供油口過(guò)濾網(wǎng)堵塞而引起的空負(fù)荷做功案例，對(duì)二級(jí)及三級(jí)各供油口過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行了清理排查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

3.2 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝間隙及卸荷桿

根據(jù)部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理可知，機(jī)組空負(fù)荷即通過(guò)液壓油站輸出的高壓液壓油推動(dòng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)活塞下行，驅(qū)動(dòng)吸氣閥卸荷桿壓開(kāi)閥片，強(qiáng)制各吸氣閥保持開(kāi)啟狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行。

顯然，機(jī)組空負(fù)荷狀態(tài)下某級(jí)做功是由于該級(jí)各吸氣閥沒(méi)有保持打開(kāi)狀態(tài)，從而導(dǎo)致該級(jí)帶有部分或全部負(fù)荷。由于壓縮機(jī)吸氣閥卸荷桿及氣閥閥片壓叉長(zhǎng)時(shí)間承受交變載荷，疲勞斷裂風(fēng)險(xiǎn)較高[6～7]。按照液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝技術(shù)數(shù)據(jù)，卸荷桿上端面至液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)密封室上端面的距離h應(yīng)為（18±2）mm（圖2）。

圖2 液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)卸荷桿安裝尺寸示意

該間距過(guò)大時(shí)，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)壓桿無(wú)法接觸卸荷桿，導(dǎo)致閥片無(wú)法頂開(kāi)，使機(jī)組無(wú)法實(shí)現(xiàn)空負(fù)荷運(yùn)行。為排查二級(jí)、三級(jí)各吸氣閥壓開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否存在以上異常情況，拆除了各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣室及閥室，測(cè)繪各執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝間隙。其中，二級(jí)氣缸蓋側(cè)和軸側(cè)的測(cè)繪數(shù)值為16.84 mm和17.23 mm；三級(jí)氣缸蓋側(cè)和軸側(cè)的測(cè)繪數(shù)值為16.54 mm和16.75 mm。各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)卸荷桿安裝間隙尺寸為16.54～17.23 mm，顯然負(fù)荷執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝符合技術(shù)要求。檢查各執(zhí)行機(jī)構(gòu)卸荷桿完好情況，未發(fā)現(xiàn)斷裂及嚴(yán)重磨損現(xiàn)象。

3.3 負(fù)荷控制程序及靜態(tài)調(diào)試

為進(jìn)一步排查分析負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作異常原因，檢查氣量調(diào)節(jié)及控制系統(tǒng)控制程序，重新核實(shí)了各控制過(guò)程技術(shù)參數(shù)及邏輯關(guān)系。檢查核實(shí)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

機(jī)組停運(yùn)后，液壓油站高壓過(guò)濾器部位發(fā)出周期性的“呼哧”聲音，分析認(rèn)為該部位積存有氣體。為保證液壓管路內(nèi)充滿液壓油，對(duì)機(jī)組所有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)調(diào)試，即使用控制系統(tǒng)自帶調(diào)試程序，在機(jī)組停運(yùn)的狀態(tài)下依次切換各執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓油路，并到機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁閥切換情況。經(jīng)核實(shí)，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)與控制柜內(nèi)控制卡件對(duì)應(yīng)關(guān)系正確，靜態(tài)調(diào)試各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作準(zhǔn)確。并且切換調(diào)試后，高壓過(guò)濾器處的“呼哧”聲音逐漸消失，液壓油站輸出壓力平穩(wěn)無(wú)波動(dòng)。

經(jīng)以上排查與調(diào)試后，機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)異常加載或波動(dòng)，證實(shí)壓縮機(jī)組氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

由此分析認(rèn)為，機(jī)組檢修期間，長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓油站并拆裝部分液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)油路，導(dǎo)致液壓油管路或執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)積存空氣。當(dāng)機(jī)組空負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)各吸氣閥被液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)頂開(kāi)，機(jī)組處于空載狀態(tài)。但是，活塞的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致氣缸內(nèi)的氣流快速通過(guò)被壓開(kāi)的氣閥閥隙返回至吸入系統(tǒng)，在閥片上產(chǎn)生明顯的氣流頂推力，使閥片有沿氣流方向運(yùn)動(dòng)直至關(guān)閉的趨勢(shì)。由于頂開(kāi)氣閥閥片的液壓系統(tǒng)內(nèi)存有可壓縮的不凝氣體，該氣體產(chǎn)生的緩沖作用，導(dǎo)致吸氣閥閥片在活塞的部分行程內(nèi)關(guān)閉，從而使機(jī)組帶載做功。

4 改進(jìn)措施及建議

氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓部分故障拆檢后，由于油路導(dǎo)通大氣，而且高壓軟管布置自由，常常在管路高點(diǎn)存在“氣袋”等，極易造成不凝氣體沉積，產(chǎn)生“氣墊”緩沖作用，導(dǎo)致負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作異常。為排凈管路內(nèi)的存氣，避免不凝氣體影響氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行，機(jī)組試運(yùn)前有必要拆除各液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的給油及回油接管，并將二者用快接接頭連接，然后啟動(dòng)液壓油站全量循環(huán)一定時(shí)間，以排凈液壓管路內(nèi)的積存氣體。

此外，使用氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自帶的調(diào)試及服務(wù)軟件進(jìn)行靜態(tài)模擬測(cè)試，即在壓縮機(jī)組停機(jī)的狀態(tài)下啟動(dòng)液壓油站，使液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)逐臺(tái)切換，促使液壓油間斷大量回油，也有助于排凈管路內(nèi)積存氣體，從而保證機(jī)組正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

部分行程壓開(kāi)吸氣閥氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，運(yùn)行可靠性較高。但是由于該系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)較少，程序控制系統(tǒng)復(fù)雜，因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域故障診斷與處理方面的經(jīng)驗(yàn)較少。特別是對(duì)于載荷分配異常等現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)及時(shí)停機(jī)檢查確認(rèn)，以防造成機(jī)組嚴(yán)重?fù)p壞事故。

［1］唐斌，李連生，王樂(lè).往復(fù)式壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)過(guò)程中進(jìn)氣閥的動(dòng)態(tài)研究［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（4）：136－140.

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