劉凱，李寶恒，白海云

（中國石油蘭州石化分公司石油化工廠，甘肅蘭州 730060）

某國產(chǎn)廠家ZW-6.3/12.15型閃蒸汽壓縮機(jī)是聚乙烯裝置的重要設(shè)備，主要作用是將聚乙烯淤漿（己烷、乙烯、粉末等混合物）進(jìn)入閃蒸罐減壓閃蒸后的氣體送至反應(yīng)釜進(jìn)行循環(huán)使用，該壓縮機(jī)對聚乙烯反應(yīng)氫乙烯比的控制、產(chǎn)品質(zhì)量、減少物耗有很大作用。2020年1月以來，該壓縮機(jī)多次因一段排氣溫度高于145℃而聯(lián)鎖停機(jī)，閃蒸氣無法回收，大量排放至火炬系統(tǒng)。造成乙烯、己烷損耗量大，裝置操作難度增加，產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)波動。

1 結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

該閃蒸氣壓縮機(jī)為立式無油潤滑迷宮往復(fù)式壓縮機(jī)，帶中間冷卻器的兩級壓縮結(jié)構(gòu)，最高入口壓力為0.016 MPa，排氣壓力為1.215 MPa，進(jìn)氣溫度為0~40℃，一段排氣溫度高聯(lián)鎖值為145℃，二段排氣溫度高聯(lián)鎖值為135℃。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

該壓縮機(jī)正常運行時一段排氣溫度為125~135℃之間。停機(jī)前，也出現(xiàn)過因一段排氣溫度達(dá)145℃而導(dǎo)致的聯(lián)鎖停機(jī)情況。對吸氣、排氣閥進(jìn)行更換后，仍然出現(xiàn)排氣溫度高的現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)氣缸夾套循環(huán)水回水管線不暢，局部過熱，就地直排夾套循環(huán)水回水后溫度略有下降，因排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)頻次減少。將氣缸頂部循環(huán)水回水導(dǎo)淋打開直接噴淋氣缸后排氣溫度在一段時間內(nèi)降至135℃~140℃之間，后又出現(xiàn)一段排氣溫度聯(lián)鎖停機(jī)現(xiàn)象。此次出現(xiàn)的頻繁停機(jī)發(fā)生在氣缸噴淋循環(huán)水降溫的情況下。因此，全面分析該壓縮機(jī)的故障原因尤為必要。

2.1 進(jìn)氣溫度高

壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐及一段入口緩沖罐溫度分別為60℃及57℃，遠(yuǎn)高于壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度不大于40℃的設(shè)計值。使用便攜式測溫儀實測兩臺緩沖罐溫度為58℃及55℃，排除了現(xiàn)場溫度計故障的原因?，F(xiàn)場逐一檢查了進(jìn)氣工藝管路及流程均未發(fā)現(xiàn)異常。在進(jìn)氣緩沖罐頂部蒸汽加熱管線閥后測量溫度為120℃，閥處于全關(guān)狀態(tài)，初步判斷蒸汽加熱閥門內(nèi)漏導(dǎo)致壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度高。

2.2 氣缸冷卻效果差

往復(fù)式壓縮機(jī)運行過程中，氣缸冷卻發(fā)揮著重要的作用，可以降低往復(fù)壓縮機(jī)運行時的溫度，若氣缸冷卻水夾套內(nèi)結(jié)垢時就會導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)氣缸冷卻效果差，排氣溫度升高，影響壓縮機(jī)的運行。該壓縮機(jī)已使用近20年，氣缸循環(huán)水夾套因手孔蓋拆卸困難從未進(jìn)行清洗，長時間使用過程中，夾套內(nèi)循環(huán)水結(jié)垢，流通面積變小，氣缸夾套內(nèi)循環(huán)水壓降大，造成循環(huán)水上水、回水壓力差減小，導(dǎo)致循環(huán)水流量低，冷卻效果進(jìn)一步下降。如前所述，將氣缸頂部循環(huán)水朝天導(dǎo)淋閥打開后水直接噴淋氣缸，通過冷卻水在氣缸表面的蒸發(fā)吸熱，對壓縮機(jī)排氣溫度的降低起到了一定作用。

2.3 出口管網(wǎng)壓力值高

往復(fù)壓縮機(jī)絕熱壓縮計算公式為：

式中：Ts、Td—吸、排氣溫度，℃；ε—壓縮比，Ps、Pd—吸、排氣絕對壓力，MPa；k—氣體絕熱指數(shù)。

從上式可知，排氣溫度Td與壓縮比ε成正比，壓縮比越大，排氣溫度越高。該壓縮機(jī)出口壓力設(shè)計值為1.215 MPa，正常操作時二段緩沖罐出口管網(wǎng)壓力設(shè)定值為1.1 MPa，操作壓力在設(shè)計值范圍內(nèi)，但屬于偏高水平。在滿足生產(chǎn)運行的前提下，出口管網(wǎng)壓力有進(jìn)一步下調(diào)的空間。

2.4 活塞磨損漏氣

活塞采用迷宮密封形式，鑄鐵材質(zhì)。如果在氣體壓縮過程中活塞泄漏，高壓側(cè)的高溫氣體泄漏至低壓側(cè)，可導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)活塞再次壓縮時，原吸氣側(cè)的氣體被再次壓縮，而高壓側(cè)的高溫氣體再次泄漏至低壓側(cè)，在活塞數(shù)次循環(huán)工作過程中，排氣溫度將會持續(xù)升高。導(dǎo)致活塞泄漏的原因主要有：①活塞使用時間過長，介質(zhì)中的微量粉末進(jìn)入到迷宮槽內(nèi)，活塞阻塞氣體泄漏的“迷宮效應(yīng)”功能減弱；②活塞桿、十字頭、連桿安裝時不對中，使活塞偏磨，迷宮槽被磨平；③活塞的材質(zhì)不符合硬度及膨脹要求等。

2.5 氣閥損壞

氣閥是活塞式壓縮機(jī)易損件之一，其作用是控制氣體及時吸入和排出氣缸。進(jìn)、排氣閥泄漏都會引起排氣溫度的升高。如排氣閥泄漏，在吸入過程中處于氣缸排氣腔的高溫氣體會通過排氣閥被吸入到氣缸中，導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)壓縮時，被吸入氣缸的高溫氣體被再次壓縮，在數(shù)次的壓縮循環(huán)中，有部分氣體被循環(huán)多次壓縮，使溫度累計上升。而吸氣閥出現(xiàn)泄漏，會使下一級吸氣量減少而導(dǎo)致本級排氣壓力、溫度升高。氣閥損壞主要有以下幾種情況：①氣閥閥片變形、破損，氣閥閥片被異物卡塞。②氣閥閥座面腐蝕或閥座墊斷裂。③氣閥彈簧損壞引起氣閥閥片斷裂，而氣閥閥片斷裂又加速氣閥閥座的損壞，從而導(dǎo)致在氣閥閥片處倒氣，引起排氣溫度超高。④閥片在升程過程中受阻或彈簧彈力過大。

3 處理措施及效果

3.1 更換蒸汽加熱閥門、降低進(jìn)氣溫度

該壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度高是由于蒸汽加熱閥門內(nèi)漏造成，閥門為DN25口徑的焊接閥，通過更換該蒸汽閥門，切斷蒸汽對壓縮機(jī)入口緩沖罐的加熱。閥門更換后，入口緩沖罐溫度下降至32℃，低于40℃的設(shè)計值。

3.2 下調(diào)管網(wǎng)壓力

壓縮機(jī)的二段出口管網(wǎng)壓力只需大于反應(yīng)釜最高工作壓力即可。因此，在二段出口壓力與設(shè)計壓力接近的情況下調(diào)低管網(wǎng)壓力能夠同步降低一、二段排氣壓力，達(dá)到降低壓縮機(jī)排氣溫度的目的，且具備可操作性。將管網(wǎng)壓力從1.1 MPa下調(diào)為0.9 MPa， 重新設(shè)定后的壓力仍然高于反應(yīng)釜最高工作壓力值（0.6 MPa），在滿足生產(chǎn)運行的條件下通過減小壓縮比降低了排氣溫度。

3.3 氣缸拆卸、清理夾套

在將近20年的使用過程中，氣缸循環(huán)水夾套一、二段共4個排污手孔因腐蝕原因從未拆卸過，期間嘗試了使用專用工具拆除、氣焊加熱拆除等方式均沒有成功。考慮到在生產(chǎn)裝置內(nèi)氣焊切割拆除手孔將產(chǎn)生大量火花，安全隱患較大，因此將氣缸整體拆卸后吊裝至固定動火區(qū)對排污手孔進(jìn)行切割拆除。打開后發(fā)現(xiàn)氣缸夾套內(nèi)部淤泥多，壁垢層厚（見圖1）造成傳熱系數(shù)低。使用高壓水槍對氣缸夾套進(jìn)行沖洗并對附著在內(nèi)壁的垢層進(jìn)行酸洗，部分垢層脫落，提高了氣缸的傳熱系數(shù)。

圖1 氣缸夾套內(nèi)淤泥及垢層

2020年5月27日，以上措施實施完畢，并檢查活塞完好無磨損，壓縮機(jī)檢修復(fù)位后開車。開車初期參數(shù)基本正常，運行一周后又出現(xiàn)一段排氣溫度高于145℃壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，并伴隨流量偏低的現(xiàn)象。

3.4 更換氣閥

壓縮機(jī)再次因一段排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)，因此先檢查了一段排氣、二段吸氣共4個氣閥，未發(fā)現(xiàn)異常。再次開機(jī)后經(jīng)過反復(fù)確認(rèn)，并通過測振儀發(fā)現(xiàn)二段上排氣閥壓蓋振動值為其他排氣閥壓蓋的2倍。2020年6月8日檢查發(fā)現(xiàn)二段排氣閥中心螺栓斷裂，閥片、緩沖片損壞嚴(yán)重（見圖2）。經(jīng)過現(xiàn)場檢查與尺寸測量，二段排氣閥損壞原因為疲勞使用，支撐圈與閥蓋處存在1.0 mm間隙，壓縮機(jī)做功過程中氣閥座與氣缸周期性的撞擊造成中心螺栓及閥片疲勞斷裂。

圖2 二段排氣閥損壞

更換氣閥后，該壓縮機(jī)一段出口溫度始終保持在130℃以內(nèi)，一段排氣壓力為0.30 MPa，檢修后已連續(xù)穩(wěn)定運行9個月，未發(fā)生因排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)現(xiàn)象，壓縮機(jī)運行狀況良好。

4 結(jié)論

該閃蒸氣壓縮機(jī)排氣溫度高的根本原因是氣缸冷卻效果差及一段進(jìn)氣溫度高。由于在氣缸拆卸清理前對氣閥進(jìn)行了更換，氣閥蓋的密封墊片更換后未準(zhǔn)確測量及調(diào)整。二段排氣閥的疲勞損壞是6月3日一段排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)的直接原因。因此， 針對無油潤滑的迷宮型往復(fù)式壓縮機(jī)，排氣溫度高的問題分析應(yīng)該從水路、氣路兩個方面多層次進(jìn)行分析。