劉雷,牟國平

(中海瀝青股份有限公司,山東 濱州 256600)

隨著化工業(yè)的迅速發(fā)展,很多行業(yè)都用到了氫氣壓縮機(jī),由于氫氣具有密度低、體積能量密度小的特點(diǎn),氫氣壓縮機(jī)必須要具備承壓大、流量大、安全和密封性好的特質(zhì),所以氫氣壓縮機(jī)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行尤為重要,從而保障企業(yè)盡可能地追求較少的能源損耗,保持良好的市場競爭力。

2013年8月,某煉廠新增項目30萬t/a潤滑油原料加氫脫酸裝置,該裝置共計4臺活塞式氫氣壓縮機(jī)(對置平衡往復(fù)式),屬于該煉廠A類設(shè)備及特護(hù)級轉(zhuǎn)動設(shè)備。其中新氫壓縮機(jī)2臺(設(shè)備位號:K-101A、K-101B;流量:2 000 m3/h;額定壓力:4.7 MPa;壓縮級數(shù):四級壓縮;氣缸數(shù)量:4個氣缸),循環(huán)氫壓縮機(jī)2臺(設(shè)備位號:K-102A、K-102B;流量:18 634 m3/h;額定壓力:4.53 MPa;壓縮級數(shù):單級壓縮;氣缸數(shù)量:2個氣缸)[1-2]。

活塞式壓縮機(jī)目前廣泛應(yīng)用于化工企業(yè),活塞式壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī),作為容積往復(fù)式壓縮機(jī)與容積回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)及速度式壓縮相比具有一系列的特點(diǎn)。

其優(yōu)點(diǎn)是:

(1)不論流量大小,都能得到所需的壓力,排氣壓力范圍廣。

(2)單機(jī)能力為在500 m3/min以下的任意流量。

(3)在一般壓力范圍內(nèi),對材料的要求低,多采用普通的鋼鐵材料。

(4)熱效率較高,一般大、中型機(jī)組絕熱效率可達(dá)0.7～0.85左右。

(5)氣量調(diào)節(jié)時,排氣量幾乎不受排氣壓力的變動影響。

(6)氣體的重度和特性對壓縮機(jī)的工作性能影響不大,同一臺壓縮機(jī)可以用于不同的氣體。

(8)驅(qū)動機(jī)比較簡單,大都采用電動機(jī),一般不調(diào)速。

其缺點(diǎn)是:

(1)動力平衡性能差,轉(zhuǎn)速低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜笨重,體積大,成本高,易損件多,使用周期短,生產(chǎn)能力小,維修工作量大,需要備存較多的備件,維護(hù)檢修工作量大。

(2)排氣不均勻度高,氣流脈動大,機(jī)組系統(tǒng)振動大,特別是管道系統(tǒng)容易發(fā)生振動,影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。

(3)制造質(zhì)量雖有很大的提高,但故障率仍然較高,滿足不了生產(chǎn)的需求,最為薄弱的零部件是連桿螺栓、活塞桿、填料函、活塞環(huán)和閥片,它們的使用周期較短。

(4)機(jī)組的自動控制和監(jiān)控系統(tǒng)仍比較簡單。

(5)輔助設(shè)備的尺寸大,重量大,占地面積大。

4臺氫氣壓縮機(jī)投入運(yùn)行后,維保人員通過對氫壓機(jī)故障處理記錄及原因分析匯總發(fā)現(xiàn),除以上缺點(diǎn)與不足外,該裝置4臺氫壓機(jī)存在相同的一個問題,一旦設(shè)備出現(xiàn)填料密封泄漏或活塞環(huán)磨損故障,通過傳統(tǒng)的溫度測量法無法有效監(jiān)測故障發(fā)生的時間及判斷故障發(fā)生的部位,因無其他有效監(jiān)測手段,造成設(shè)備維保極其被動。一是無法提前制定檢修計劃開展計劃性檢修;二是無法提前梳理檢修配件,經(jīng)常發(fā)生拆檢后非易損件損壞,因無庫存定額進(jìn)行緊急采購,其中活塞、缸套等重要部件采購周期需要3至6個月,對設(shè)備完整性影響較大;三是無法準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn),造成盲目性檢修,檢修周期長,對人力、物力影響較大。

1 運(yùn)行過程中存在的問題

(1)自4臺氫氣壓縮機(jī)投用運(yùn)行后多次發(fā)生填料密封泄漏故障,因無有效監(jiān)測手段,不能準(zhǔn)確判斷哪一級填料密封泄漏,新氫壓縮機(jī)只能從一級到四級逐級拆檢,循氫壓縮機(jī)也只能同時拆檢左側(cè)氣缸及右側(cè)氣缸,拆檢計劃性不強(qiáng),維修時長為2～3 d不能滿足特護(hù)設(shè)備一開一備的管理要求。

(2)拆檢填料密封需先抽取活塞,此過程活塞桿與十字頭連接部位極易損傷填料密封徑向面,基本抽取一次活塞需更換一套填料密封、一套中體密封、一套刮油環(huán),一套填料密封費(fèi)用1.5萬元,一套中體密封費(fèi)用0.15萬元,一套刮油環(huán)費(fèi)用0.3萬元,占用維修費(fèi)比例較大。

(3)該類型壓縮機(jī)活塞環(huán)、支承環(huán)材質(zhì)為聚醚醚酮,運(yùn)行過程發(fā)生磨損不易判斷。例如:新氫壓縮機(jī)K-101/A四級氣缸排氣壓力突然降低,拆檢發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)、支承環(huán)磨損嚴(yán)重,活塞底部與氣缸發(fā)生刮擦,活塞前端磨損嚴(yán)重已無法使用,氣缸底部鏡面貫徹劃痕嚴(yán)重已無法使用,被迫更換四級活塞及氣缸缸套,因活塞、缸套購置周期較長,對活塞、缸套劃痕研磨處理后進(jìn)行回裝,該機(jī)只能作為緊急備機(jī)使用。此次故障對裝置運(yùn)行帶來較大的隱患,維保工作極其被動。

(4)為了避免再次出現(xiàn)活塞與氣缸刮擦的嚴(yán)重故障,只能根據(jù)四臺氫壓機(jī)運(yùn)行周期(3個月)進(jìn)行被動性拆檢,拆檢活塞環(huán)步驟同拆檢填料密封一樣,拆檢一次需更換一套填料密封、一套中體密封、一套刮油環(huán)。拆檢過程測量部分活塞環(huán)雖有磨損但還可使用,因拆檢氣缸工作量較大為了穩(wěn)妥起見也只能被動更換活塞環(huán)、支承環(huán),造成人力、物力、財力的極大消耗。

(5)循環(huán)氫壓縮機(jī)硫化氫含量較高(5 000×10-6～10 000×10-6),循環(huán)氫壓縮機(jī)與新氫壓縮機(jī)共用一個排氣、排液罐,根據(jù)安全要求,拆檢任一臺壓縮機(jī)前需對出口、入口管線及高壓腔放火炬管線進(jìn)行能量隔離,耗時耗力。

2 技改內(nèi)容

為了有效解決上述存在的問題,通過對周邊煉廠調(diào)研,與設(shè)備廠家技術(shù)人員交流及查閱技術(shù)資料,制定活塞式壓縮機(jī)活塞桿下沉監(jiān)測、填料漏氣回收溫度監(jiān)測及機(jī)組振動監(jiān)測技術(shù)改造方案:

(1)壓縮機(jī)機(jī)體振動監(jiān)測:通過安裝機(jī)體振動變送器來監(jiān)測機(jī)體振值,其量程是0～25 mm/s,設(shè)定報警值為高報警值8 mm/s和高高報警值12 mm/s。日常巡檢在中控室觀察振動監(jiān)測值的曲線波動,正常情況下機(jī)體振動會很平穩(wěn)地保持在一個低值,若振動烈度有緩慢增大的趨勢,則需現(xiàn)場排查原因,檢查是否因為某個部件連接出現(xiàn)松動或是壓縮機(jī)左右兩端受力不平衡等。

機(jī)組殼體振動采用壓電式振動變送器,安裝與壓縮機(jī)主機(jī)機(jī)身X相Y相各一支,輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA信號,可以在DCS畫面上顯示全程振動變化,振動變送器具體見圖1～2。

圖1 機(jī)體振動監(jiān)測示意圖

圖2 機(jī)體振動監(jiān)測實(shí)物圖

(2)活塞桿下沉位移監(jiān)測:通過活塞桿上部安裝監(jiān)測探頭監(jiān)測活塞桿下沉位移數(shù)值,監(jiān)測值是一直在微小范圍波動的,但隨著活塞環(huán)的磨損,下沉位移會慢慢增大。日常巡檢若發(fā)現(xiàn)活塞桿下沉位移監(jiān)測值趨勢緩慢增大至報警值,說明活塞環(huán)已出現(xiàn)磨損,提前制訂檢修計劃協(xié)調(diào)工藝做好檢修準(zhǔn)備工作。

活塞桿下沉監(jiān)測采用電渦流位移變送器,安裝于壓縮機(jī)中間填料的上方,輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA信號(下沉位移報警值≥0.4 mm),可以在DCS畫面上顯示全程位移變化,位移變送器由電渦流探頭+延伸電纜+前置變送器組成,(4臺壓縮機(jī)計12個檢測點(diǎn))具體見圖3～4。

圖3 活塞桿下沉監(jiān)測示意圖

圖4 活塞桿下沉監(jiān)測實(shí)物圖

(3)填料漏氣回收溫度監(jiān)測:一是現(xiàn)場監(jiān)測,在填料漏氣回收管線安裝埋入式測溫儀,通過巡檢觀察表頭溫度變化趨勢判定填料密封失效程度。二是遠(yuǎn)程監(jiān)測,在現(xiàn)場溫度表側(cè)安裝密封泄漏介質(zhì)溫度報警遠(yuǎn)傳DCS系統(tǒng)到操作界面,漏氣溫度達(dá)到60 ℃時中控室報警提示,以便及時監(jiān)控密封泄漏情況,消除安全隱患(4臺壓縮機(jī)計12個檢測點(diǎn))。

壓縮機(jī)機(jī)體振動監(jiān)測、活塞桿下沉位移監(jiān)測,這兩類儀表在壓縮機(jī)旁沒有顯示表頭的,所以儀表的監(jiān)測數(shù)據(jù)需要在中控室觀察。填料漏氣回收溫度在漏氣回收管線上有顯示表頭及遠(yuǎn)傳中控室監(jiān)測數(shù)據(jù),可現(xiàn)場監(jiān)測和中控室觀察(圖5)。

圖5 填料漏氣溫度表現(xiàn)場圖

3 改造效果評價

(1)通過在線監(jiān)測收集的實(shí)時數(shù)據(jù)可以觀察掌握各測點(diǎn)的變化趨勢。

(2)通過在線監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測,對壓縮機(jī)發(fā)生的故障時間和故障部位能做出準(zhǔn)確判斷,及時制定檢修計劃,提高了計劃檢修率降低了事后維修率。

(3)有效延長了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)周期,避免了無計劃性維修造成的人力、物力的浪費(fèi)。

(4)節(jié)約了維修費(fèi)用,減少了氫氣損耗。

(5)增加了設(shè)備使用的安全性。

該煉廠經(jīng)技術(shù)人員評審評價后,利用裝置停車檢修的機(jī)會,對四臺氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行機(jī)體振動監(jiān)測、活塞桿下沉位移監(jiān)測、填料漏氣回收溫度監(jiān)測技術(shù)改造。

4 技改后應(yīng)用實(shí)例

4.1 實(shí)例1

維保人員日常巡檢中發(fā)現(xiàn)新氫機(jī)K101/A三級漏氣回收溫度較高,現(xiàn)場溫度表顯示55 ℃(正常溫度40 ℃),調(diào)取溫度趨勢顯示緩慢上升態(tài)勢已接近報警值,詢問操作人員耗氫量也較平日有明顯增加,當(dāng)日加工原料為常二線油,正常耗氫量為570 m3/h,耗氫量已經(jīng)到了770 m3/h,切換停機(jī)后對該機(jī)三級填料密封進(jìn)行了更換。由于通過數(shù)據(jù)監(jiān)測,能及時判斷三級填料密封泄漏,提前制訂檢修計劃避免了采用原來的逐級拆檢方式,能夠當(dāng)日修復(fù)投用,耗氫量正常,漏氣回收現(xiàn)場溫度顯示40 ℃運(yùn)行良好。技改后通過對數(shù)據(jù)的狀態(tài)監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)故障、排除故障,節(jié)約了生產(chǎn)成本,縮短了維修時間。

4.2 實(shí)例2

維保人員接操作人員通知,新氫壓縮機(jī)K-101/B三級氣缸活塞桿下沉位移監(jiān)測接近報警值,維保人員隨即制定檢修計劃,梳理相關(guān)配件,班前提前安排人員對出口、入口管線及高壓腔放火炬管線打盲板進(jìn)行能量隔離,維保人員到崗后立即對三級缸進(jìn)行拆檢?；钊h(huán)標(biāo)準(zhǔn)厚度20 mm,經(jīng)檢查5道活塞環(huán)均有不同程度的磨損,其中活塞前端活塞環(huán)磨損較為嚴(yán)重經(jīng)測量厚度僅為14 mm,活塞環(huán)已無彈性。如無活塞桿下沉位移監(jiān)測系統(tǒng)提示,及時維修更換活塞壞,活塞將與氣缸缸套發(fā)生刮擦,新氫壓縮機(jī)K-101/A四級缸活塞與缸套刮擦報廢的故障將再次發(fā)生。

4.3 實(shí)例3

維保人員日常巡檢中在中控室觀察振動監(jiān)測值的曲線波動,發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫壓縮機(jī)K-102/A機(jī)身振動振值由2.8 mm/s逐步攀升至5.6 mm/s,雖未達(dá)到報警值但整體趨于上升趨勢。維保人員經(jīng)現(xiàn)場分析提前制定檢修計劃,提報采辦計劃購置連桿螺栓、連桿螺栓開口銷、大頭瓦、十字頭瓦、十字頭銷等配件。配件到貨后裝置停工的時機(jī)對該機(jī)進(jìn)行維修,拆檢曲軸連桿過程中發(fā)現(xiàn)西側(cè)氣缸連桿螺栓有輕微松動,十字頭連桿大頭瓦表層巴氏合金有輕微點(diǎn)狀剝離,剝離的巴氏合金堆積在連桿油路銅管內(nèi),十字頭銷、小頭瓦經(jīng)測量與著色探傷未發(fā)現(xiàn)異常。維保人員隨即更換大頭瓦、連桿螺栓及開口銷,清洗連桿油路銅管,開機(jī)運(yùn)行機(jī)身振動振值降至2.5 mm/s。此次故障如不是通過有效的監(jiān)測手段,及時制定整改措施消除隱患,如果大頭瓦表層巴氏合金持續(xù)剝離脫落,一是造成連桿大頭瓦與曲軸軸頸形不成良好的油膜,造成油壓系統(tǒng)壓力降低,從而導(dǎo)致設(shè)備連鎖停機(jī),對整個工藝系統(tǒng)帶來極大的安全隱患;二是剝離脫落的巴氏合金將會堵塞連桿至十字頭油路,造成十字頭瓦及十字頭滑履形不成良好的油膜致使摩擦副燒損,此類故障可造成壓縮機(jī)曲軸損傷、連桿損傷、十字頭滑履損傷、十字頭滑道損傷及大頭瓦、小頭瓦損傷,嚴(yán)重的情況下可導(dǎo)致壓縮機(jī)整機(jī)報廢,造成的后果極為嚴(yán)重。

5 推廣應(yīng)用

根據(jù)30萬t/a潤滑油原料加氫脫酸裝置四臺氫氣壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)改造的應(yīng)用實(shí)例,該煉廠120萬t/a加氫改質(zhì)裝置兩臺壓縮機(jī),30 000 Nm3/h制氫裝置三臺壓縮機(jī),技術(shù)協(xié)議要求設(shè)備廠家必須配套安裝機(jī)體振動監(jiān)測系統(tǒng)、活塞桿下沉位移監(jiān)測系統(tǒng)、填料漏氣回收溫度監(jiān)測系統(tǒng)。活塞式壓縮機(jī)的監(jiān)護(hù)操作系統(tǒng)布置在壓縮機(jī)現(xiàn)場和中控室兩個地方。

(1)在壓縮機(jī)現(xiàn)場主要有各種管線的通斷、調(diào)節(jié)閥門,主電機(jī)、輔助油泵電機(jī)、盤車電機(jī)等的操作柱,各級的進(jìn)、排氣壓力,進(jìn)、排氣溫度的一、二次儀表,分離器的液位顯示,進(jìn)氣過濾器的壓差、潤滑油過濾壓差、活塞桿下沉開關(guān)、機(jī)身振動開關(guān)等。

(2)在中控室,通常會設(shè)置各級的進(jìn)、排氣壓力顯示,各級進(jìn)、排氣溫度的顯示和聲光報警,進(jìn)氣過濾壓差、油過濾器壓差、氣缸壓力填料超溫、活塞桿下沉超限、機(jī)體振動監(jiān)測等的聲光報警、各檔的主軸承的溫度顯示和聲光報警,電機(jī)定子溫度、軸承溫度的顯示和聲光報警,分離器液位超限聲光報警等。

(3)壓縮機(jī)在正常運(yùn)行時一般對下列項目進(jìn)行監(jiān)控:進(jìn)氣過濾器壓差;各級排氣的壓力、溫度、過濾器壓差;壓縮機(jī)主軸承溫度;電機(jī)定子溫度;電機(jī)軸承溫度;氣液分離器液位;填料漏氣回收溫度;機(jī)身振動;活塞桿下沉。

6 小結(jié)

在未安裝壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)之前,對故障原因進(jìn)行逐級排除,活塞環(huán)、支承環(huán)的磨損及密封泄漏情況也只能通過各級缸吸氣和排氣壓力的大小去判斷,每次維修都做不到計劃性,造成維修被動和設(shè)備配件的浪費(fèi)。通過在線監(jiān)測收集的實(shí)時數(shù)據(jù),可以監(jiān)測壓縮機(jī)各測點(diǎn)的變化趨勢,提前制訂維保計劃避免盲目拆卸降低維修費(fèi)用。通過新氫機(jī)K101/A應(yīng)用實(shí)例可以看到,因維保及時降低了大量氫氣的損耗,給公司節(jié)約了維修成本同時減少了環(huán)境污染。目前氫氣采購成本1.8元/m3,耗氫量每小時增加200m3就是360元,提前修復(fù)一天就可節(jié)約8 640元。

氫氣壓縮機(jī)介質(zhì)含有硫化氫對人的安全因素影響較大,通過技改縮短了維保時間提高了工作效率,也間接對人的安全因素有一定的保障作用。大型壓縮機(jī)的安全運(yùn)行率,往往要求達(dá)到99%以上,否則,任何事故都會帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。所以這類壓縮機(jī)以及某些防爆要求高的、介質(zhì)有毒有害的壓縮機(jī),根據(jù)地域的差異、介質(zhì)的差異、工況的差異配備相對應(yīng)的在線監(jiān)測監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

通過有效的監(jiān)測系統(tǒng)來推行“預(yù)知性維修”和“計劃性維修”,從而全面實(shí)現(xiàn)“改善性維修”,它是企業(yè)在生產(chǎn)中所需要的預(yù)防性手段,它可以使設(shè)備運(yùn)行周期達(dá)到一至兩年,甚至長期使用并保持良好的設(shè)備完整性狀態(tài),在企業(yè)生產(chǎn)過程中是成本預(yù)算的重要組成部分。隨著現(xiàn)代工藝、技術(shù)、設(shè)備的不斷進(jìn)步,有目的、有層次、有節(jié)點(diǎn)做好設(shè)備的維保技改,是控制維修成本的有效管控手段。隨著在線監(jiān)測、離線監(jiān)測、日檢周檢、計劃維保、信息檔案、文本檔案的同步實(shí)施,動設(shè)備“網(wǎng)絡(luò)”化管理模式已日趨完善,成為設(shè)備管理的重要手段,“網(wǎng)絡(luò)”化管理可實(shí)時監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行趨勢并記錄相關(guān)數(shù)據(jù),設(shè)備管理人員可通過運(yùn)行趨勢及數(shù)據(jù)的分析及時掌握設(shè)備的運(yùn)行態(tài)勢,提前制定具有針對性的措施,可有效增強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的計劃性,可有效增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行安全可靠性,可有效增強(qiáng)設(shè)備維修費(fèi)用控比性。