馬加壯

(中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250000)

中石化濟南分公司1.60 Mt/a柴油加氫精制裝置新氫壓縮機為2臺固定水冷對稱平衡型二列二級無油潤滑往復(fù)式壓縮機(工藝位號為K-101A/B)，由無錫壓縮機廠設(shè)計制造。K-101B安裝有HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)，K-101A設(shè)置有吸入氣閥卸荷器，可進行0%、50%、100%負荷調(diào)節(jié)，于2011年9月安裝完成并投入使用。

新氫自系統(tǒng)氫氣管網(wǎng)來，進入新氫壓縮機入口分液罐D(zhuǎn)-108，經(jīng)壓縮機一級壓縮后通過級間冷卻器進入二級氣缸壓縮，被壓縮后的氫氣一部分去往循環(huán)氫壓縮機K-102出口，另一部分通過“二返一”水冷器E-104返回至D-108入口。工藝流程如圖1所示，機組性能參數(shù)如表1所示。

圖1 柴油加氫精制裝置新氫壓縮機工藝流程

1 機組故障情況及分析

新氫機組自2014年裝置RTS改造后開工運行至今，主要發(fā)生過3次故障。對機組故障部件進行拆檢分析，找出原因并采取相應(yīng)措施，以防止類似故障的發(fā)生。

表1 柴油加氫裝置新氫壓縮機主要參數(shù)

1.1 K-101B二級負荷異常故障

1.1.1故障經(jīng)過

2015年10月17日16:37，K-101B一、二級負荷器差值突然異常升高，二級負荷較一級負荷大10%～13%，初步分析原因為二級氣閥故障。10月19日9:30，車間將K-101B(簡稱B機，下同)倒至K-101A(簡稱A機，下同)運行，B機置換合格后，開始更換二級兩個進氣閥；16:00，檢修完成后，將A機倒回B機試運，發(fā)現(xiàn)一、二級負荷器差值與檢修前無變化，二級負荷仍較一級負荷大10%～13%，且二級排氣溫度逐漸升高至117 ℃，進一步分析判斷為二級排氣閥故障；17:30，又倒至A機運行，并聯(lián)系維修人員繼續(xù)處理B機。10月20日，維修人員拆檢二級排氣閥，一并打開缸蓋檢查活塞環(huán)運行情況，發(fā)現(xiàn)二級西側(cè)排氣閥彈簧脫落導(dǎo)致閥片與閥座脫開，排氣閥失效，造成排氣溫度升高，同時在HydroCOM自動狀態(tài)下，使得二級負荷較一級負荷值異常增大；更換二級排氣閥后，16:00，車間將A機倒至B機，運行恢復(fù)正常。

1.1.2故障原因探究

K-101B二級負荷突然異常升高后，通過以下兩個方面判斷原因為二級西側(cè)氣閥故障倒氣，隨后的檢修結(jié)果也證明了這一判斷的正確性：

1) 日常生產(chǎn)中，K-101B一、二級負荷采用自動控制方式，HydroCOM系統(tǒng)根據(jù)級間壓力的實際值與給定值自動調(diào)節(jié)二級負荷。當(dāng)二級進氣閥或排氣閥倒氣時，其負荷就會因為倒氣的損失導(dǎo)致在任意時刻都遠高于一級負荷。

2) HydroCOM每一個進氣閥門的閥室外蓋處都安裝了一個溫度傳感器，用來測得進氣閥閥室外蓋的實際溫度，從而獲知進氣溫度。故障發(fā)生期間，2.2進氣閥閥室外蓋溫度較2.1進氣閥高約10 ℃，從而判斷2.2進氣閥(西側(cè))發(fā)生故障倒氣。更換進氣閥后試運無效果，進而判斷為西側(cè)排氣閥故障。隨后，拆檢確認二級西側(cè)排氣閥失效。

1.1.3檢修情況

2015年4月3日，一、二級總計6個排氣閥全部換新，運行6個半月，情況良好。2015年10月的這次檢修拆檢并更換了二級進、排氣閥，發(fā)現(xiàn)進氣閥整體比較干凈，排氣閥油泥較多，且西側(cè)排氣閥彈簧全部脫落，原因分析如下：2015年9月18～23日，二級氣缸存在異響，并有增大趨勢，24日聯(lián)系鉗工倒機后拆檢。因現(xiàn)場監(jiān)測氣閥及機體的各參數(shù)都正常，室內(nèi)DCS各機組相關(guān)參數(shù)也無異常，經(jīng)車間與維修人員綜合分析判斷，認為異響原因可能為排氣閥壓蓋螺栓松動，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)二級西側(cè)的排氣閥壓蓋螺栓全部有松動跡象，其中有一條螺栓用手即能擰動。緊固螺栓后開機，運行正常。在壓蓋螺栓松動期間，排氣閥閥室內(nèi)出現(xiàn)反復(fù)的劇烈振蕩，必然會引起氣閥組件疲勞松動。24日緊固螺栓后繼續(xù)運行，隨著機組本體的振動，一段時間(9月24日～10月17日)后，已經(jīng)松動的氣閥彈簧突然脫落(見圖2)，導(dǎo)致氣閥失效。

圖2 二級西側(cè)排氣閥(彈簧脫落在壓蓋內(nèi))

1.1.4調(diào)整及防范措施

1) 針對裝置中振動較大的大型設(shè)備形成定期檢查緊固連接件的機制：a)日常巡檢加強對大型機泵，如反應(yīng)進料泵P-102油路系統(tǒng)相關(guān)法蘭、卡子的關(guān)注，發(fā)現(xiàn)螺栓松動的情況要及時緊固處理；b)每月對K-101A/B的一、二級排氣閥壓蓋螺栓進行檢查，及時緊固松動的螺栓。

2) 加強大機組的維護保養(yǎng)，加大巡檢力度，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理。

1.2 K-101B電機軸瓦燒損故障

1.2.1故障經(jīng)過

2016年4月28日08:00，K-101B電機聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B為58.9 ℃，至09:17，溫度升至62.4 ℃(升高3.5 ℃)，隨后班組人員發(fā)現(xiàn)TI16106B溫度急劇升高，09:20已升至78 ℃。現(xiàn)場查看就地溫度計，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場指示與DCS顯示溫度一致。09:30，將K-101B倒至K-101A運行，倒機前TI16106B溫度最高升至101.2 ℃(09:30，溫度變化趨勢如圖3所示)。維修人員拆檢K-101B 電機聯(lián)軸器端軸瓦，發(fā)現(xiàn)軸瓦損壞。對軸瓦進行檢修(刮瓦、研瓦)后回裝，同時對電機兩端軸伸入電機本體部位澆注潤滑油。5月9日09:00，將K-101A倒至K-101B，運行恢復(fù)正常。

1.2.2故障原因探究

1) 排除壓縮機本體故障導(dǎo)致電機軸瓦故障

在電機聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B驟升時，電機自由端軸瓦溫度TI16107B(2016年4月28日08:00為53.7 ℃、09:30為53.9 ℃)、壓縮機軸瓦溫度(TI16103B/16104B/16105B)以及壓縮機本體振動(VI16101B/16102B)均未出現(xiàn)大的波動或者異常,如圖4～圖6所示。

圖3 K-101B電機聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B趨勢

圖4 K-101B電機自由端軸瓦溫度TI16107B趨勢

圖5 K-101B壓縮機軸瓦溫度

圖6 K-101B壓縮機本體振動(VI16101B/16102B)趨勢

上述趨勢可排除因壓縮機本體振動大致使電機受到軸向推力，造成電機軸振動大、軸瓦發(fā)熱的原因。

2) 排除甩油環(huán)故障、油位低原因

該電機軸瓦潤滑油靠甩油環(huán)將油箱內(nèi)的油帶至軸頸上，當(dāng)油箱內(nèi)油位低時，甩油環(huán)帶油量減少，會造成軸瓦溫升；另一方面如果甩油環(huán)不轉(zhuǎn)則會直接導(dǎo)致軸與軸瓦之間沒有油膜而燒毀軸瓦。拆檢軸瓦后發(fā)現(xiàn)，甩油環(huán)運行良好，油箱油位也適中，因此可排除這一故障原因。

通過以上分析，并結(jié)合現(xiàn)場用點溫計測得的電機軸溫(>100 ℃)，確定故障原因為電機軸溫升高后傳熱至軸瓦處引起故障，具體分析如下：電機軸伸入電機本體的部位有一阻擋灰塵的環(huán)形毛氈部件，隨運行周期增長(開工后4年半)，該部件老化發(fā)硬，造成電機軸摩擦力增大，溫升增大，傳至軸瓦處，使軸瓦潤滑油溫度逐漸升高，粘度降低，承載能力也隨之降低，至某一時刻，軸瓦與軸之間不能形成具有足夠壓力的油膜，使軸瓦與軸處在半液體摩擦狀態(tài)，短時間內(nèi)軸承溫度急劇升高，最終導(dǎo)致軸瓦燒損。

1.2.3調(diào)整及防范措施

1) 2013年10月，K-101B電機自由端軸瓦也發(fā)生過同樣故障。此次故障的發(fā)生再一次提醒我們要注意電機兩端軸溫的監(jiān)測，定期澆注適量潤滑油，降低電機軸的摩擦。

2) 建議增設(shè)軸瓦強制潤滑設(shè)備，降低軸瓦故障率。

1.3 K-101B HydroCOM無級氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)故障

1.3.1故障經(jīng)過

2016年10月22日，K-101B HydroCOM系統(tǒng)出現(xiàn)故障，DCS顯示CIU(中間接口單元)報警，液壓油泵聯(lián)鎖停運，HydroCOM系統(tǒng)切除。經(jīng)儀表人員檢查，處理了TDC(上死點傳感器，見圖7～圖8)現(xiàn)場接線盒及機柜間“Enable”(DCS激活HydroCOM系統(tǒng)，見圖9)的線纜接頭后恢復(fù)正常，具體過程如下：

1) 2016年10月22日05:41:59，因TDC傳感器現(xiàn)場接線盒(位置在K-101B一級缸北側(cè))內(nèi)電線接頭松開，CIU接收不到傳感器傳遞的活塞位置信號，屬HydroCOM系統(tǒng)自身故障，隨即HydroCOM系統(tǒng)自動聯(lián)鎖切除，液壓油泵停運，自動切換到機組的100%負荷運行，進氣閥恢復(fù)到與普通氣閥一樣的功能，即成為依靠壓差工作的自動閥。05:43，機組負荷升至100%。

圖7 TDC傳感器接線盒

圖8 安裝在飛輪上的TDC傳感器(圓柱形)

圖9 機柜間HydroCOM系統(tǒng)指示盤

2) 09:16，為配合儀表人員判斷故障原因，現(xiàn)場啟運液壓油泵，而此時各進氣閥的執(zhí)行機構(gòu)電磁閥均處在初始狀態(tài)(使機組0%負荷的狀態(tài))下，即執(zhí)行機構(gòu)液壓缸內(nèi)充滿動力，進氣閥閥片在執(zhí)行機構(gòu)作用下被卸荷器強制保持開啟狀態(tài)，機組負荷由100%降到0%。外操現(xiàn)場立即停運油泵，負荷回到100%，造成新氫流量波動。

3) 15:46，將K-101B倒至K-101A運行，儀表人員在機柜間發(fā)現(xiàn)TDC傳感器指示燈不閃爍，判斷TDC傳感器故障，現(xiàn)場打開接線盒檢查，緊固松開的線路接頭。

4) 16:20，儀表處理完畢后，啟動液壓油泵，K-101B空負荷啟運，準備倒機。16:25，K-101A降至50%負荷，內(nèi)操DCS給定K-101B一、二級各50%負荷(HYD01、PIC16003B手動給50%)，但發(fā)現(xiàn)負荷器不起作用，K-101B基本不做功，A機負荷又倒回100%。儀表人員繼續(xù)檢查發(fā)現(xiàn)，機柜間“Enable”信號指示未亮燈，即DCS信號不能通訊至CIU，未能激活HydroCOM系統(tǒng)，緊固其線纜接頭后恢復(fù)正常。16:47，K-101B負荷調(diào)至100%，運行恢復(fù)正常。

1.3.2教訓(xùn)及防范措施

1) TDC傳感器現(xiàn)場接線盒僅用兩條螺栓固定在機組氣缸附近的柱子上，而此處平臺振動較大，長期運行使接線盒內(nèi)接頭松動。建議對接線盒進行加固，避免出現(xiàn)類似問題。

2) 儀表車間會在每次大檢修時對機柜間內(nèi)的關(guān)鍵儀表線纜接頭進行緊固，目前裝置已運行到第7年，建議儀表車間對關(guān)鍵儀表線纜接頭進行檢查，防患于未然。

3) 加強HydroCOM系統(tǒng)理論及操作知識培訓(xùn)。

2 結(jié)語

加氫裝置新氫壓縮機為加氫反應(yīng)系統(tǒng)提供新氫，是維持生產(chǎn)正常運行的核心設(shè)備。新氫壓縮機為往復(fù)式活塞壓縮機，其運動部件多，易損部件多，且B機設(shè)有復(fù)雜的HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；同時壓縮機的功率較大，排氣壓力高，且輸送的氣體易燃易爆，一旦發(fā)生事故，將造成嚴重后果。

本文通過分析柴油加氫新氫壓縮機發(fā)生故障的原因并提出改進措施，為同類裝置往復(fù)式壓縮機組的運行和故障處理提供有益借鑒。