超高壓往復壓縮機常見故障及對策

張紹武 耿東方

(中國神華煤制油榆林化工分公司)

超高壓往復壓縮機國內某新建的20萬t/a LDPE裝置的核心設備，其主要作用是把裝置中乙烯的壓力從24～25MPa提升至反應管內反應所需的壓力(約260～300MPa)，而超高壓往復壓縮機運行周期短，操作、維護難度較大，嚴重影響LDPE裝置長周期平穩運行，且該裝置中超高壓壓縮機無備機，因此其故障停車會導致裝置全線停車。

壓縮機在正常工作的情況下故障都是有預兆的。因此，在平時的使用過程中要正確地保養機器，做好維護和檢修工作，盡可能地把故障消滅在萌芽狀態。筆者基于LDPE裝置中超高壓往復壓縮機的技術資料，充分了解其結構性能，結合具體情況進行分析，找出造成故障的原因，并進行故障處理。

1 超高壓往復壓縮機的結構原理

LDPE裝置中超高壓往復壓縮機(C1202)結構復雜，設備的組成部分主要包括機身、傳動部件、填料組件、氣閥、密封組件、氣缸油潤滑系統、曲軸箱潤滑系統、冷卻系統及氣路系統等。設備型號為K8，兩段8缸，水平布置，共有4個曲柄，5個主軸承，主電機功率18MW，10kV，為對稱平衡式往復壓縮機。二次壓縮機傳動機構主要包括曲軸、十字頭、大頭瓦、小頭瓦、彈性連桿及滑板等。工作部件是指形成工作腔以吸、排氣體，給氣體傳遞能量的部件，包括氣缸組件、中心閥組件、活塞組件和填料組件。機體是一個支持部件，由它來支撐曲軸、十字頭和氣缸，使壓縮機成為一個整體。

工作時，由一次機送來的壓力為22～30MPa的乙烯氣體與高壓循環氣體匯合，一并進入C1202一段入口，經C1202的第一段壓縮至約120MPa，再經第二段壓力升至聚合反應所需的壓力(隨牌號不同而變化)，進入反應區。為了撤去C1202一段產生的壓縮熱，保證其進入二段時的溫度，在C1202一段出口處設有中冷器(C1210E1A/B)。

2 超高壓往復壓縮機常見故障及對策

2.1 段間壓力波動

由于超高壓往復壓縮機的結構特點及其運行工況，段間壓力存在不可避免的正常或非正常波動，這里所描述的段間壓力主要指超高壓往復壓縮機一段出口A、B線的壓力。常見的壓力波動主要有4種情況：

a. 段間壓力偏高。造成此現象的原因主要有壓力表損壞、二段中心閥故障或吸入壓力太高。根據現場實際經驗，第一種故障的可能性較低，首先排除；其次查看二次機一段吸入壓力是否不在合適范圍內(24～25MPa)，確認吸入壓力合適后，適當降低吸入壓力，使其靠近24MPa但不低于24MPa。調節后壓力如無大的上升趨勢并趨于平穩，則壓縮機可繼續監護運行；若調節后壓力仍處于較高的狀態，建議壓力升至120MPa時(不觸發聯鎖保護)，手動SP3A，計劃檢修更換對應的高線的二段兩個組合閥。檢修過程中要初步檢查被換下的組合閥以確定故障原因，為后續開車做準備。

b. 段間壓力偏低。造成此現象的原因主要有壓力表損壞、工藝管線或機體泄漏、一段中心閥故障、高壓填料發生泄漏或吸入壓力太低。根據現場實際經驗，第一、二種故障的可能性較低，首先排除；其次檢查高壓填料泄漏情況，如有泄漏增大的趨勢，需繼續查看前期趨勢及現場泄漏氣檢測儀表指示值，以確定是否是填料磨損失效，同時觀察柱塞溫度、振動是否有上升趨勢，提高此高壓填料對應注油器的注油量，并觀察高壓填料泄漏氣情況變化趨勢，判斷一段高壓填料是否失效。確認完好后，最后查看二次機一段吸入壓力是否在合適的范圍內(24～25MPa)，確認吸入壓力合適后，適當升高吸入壓力，使其靠近25MPa但不高于25MPa。調節后壓力如無大的上升趨勢并趨于平穩，則可以繼續監護運行超高壓往復壓縮機；若調節后壓力仍處于較低的狀態，建議壓力升至90MPa時，手動SP3A，計劃檢修更換對應的低線的一段兩個組合閥。檢修過程中要初步檢查被換下的組合閥，以確定故障原因，為后續開車做準備。

c. 段間壓力突然升高。造成此現象的原因很可能是二段中心閥故障，根據經驗，該故障發生時，要及時去現場查看，用聽音棒檢測對應的突然升高的線，檢測其對應的二段組合閥是否有明顯的竄氣聲，如有竄氣聲，則表明對應的二段組合閥失效。手動SP3A，計劃停車更換對應二段兩個組合閥，檢修時一定要仔細檢查組合閥與填料密封面是否有損傷。

d. 段間壓力突然降低。造成此現象的原因很可能是一段中心閥故障。解決時應按與二段中心閥發生故障時類似的方法，檢測其對應的一段組合閥。

2.2 高、低壓填料故障

超高壓往復壓縮機整套填料包含高、低壓填料，整套填料正常磨損失效的位置為高壓填料，根據操作維護水平的不同，失效時間大約為9～15個月；低壓填料失效的主要原因是潤滑不好，造成低壓填料密封組件過熱，根據現場經驗，只要操作維護得當，低壓填料的壽命遠大于高壓填料的壽命。

高壓填料失效的主要現象有：

a. 高壓填料失效假象。正常檢修完畢后，開車初期填料泄漏量極大，造成現場填料泄漏量檢測儀表滿，同時，柱塞溫度上升并在較高溫度下運行，柱塞水平、垂直振動波動極大甚至上升至高報警點，這種現象在開車初期是正常的，因為開車初期內部油潤、滑系統潤滑油和高壓填料、柱塞三者之間有一個趨于平衡的過程；同時現場外觀檢查確認無工藝介質外漏，用聽音棒檢測無大的異常響聲，并確認注油器在90%以上(建議開車前放在90%)，待開車后大約10min后加大到100%，維持運行約16h，根據柱塞溫度及垂直、水平振動適當降低注油量。但是如果某一氣缸的高壓填料泄漏量明顯大于同級別的其他氣缸，則需要重點監測該氣缸的運行參數，因為在開車過程中造成此氣缸高壓填料失效可能性極大，最多通過4h運行，觀測高壓填料泄漏量變化判斷高壓填料是否失效，如無明顯好轉則高壓填料失效。

b. 正常填料失效。填料泄漏氣有增大趨勢，經過幾天或者幾周的運行，泄漏量逐漸超過現場表的量程；同時，在此過程中，柱塞溫度升高(變化不是太明顯)，柱塞水平、垂直振動變大(變化不是太明顯)。即使加大高壓填料注油器注油量至最大100%量程位置，填料泄漏量仍無明顯變化，此種情況基本可判斷為填料失效。此時需要計劃SP3A停車，更換整套填料。

c. 高壓填料突然失效現象。此種現象最直觀的就是高壓填料對應的泄壓孔有乙烯泄漏(呈白霧狀氣體)，可以判斷填料與封面失效。一旦發現此現象，必須緊急SP3A停車檢修，更換高壓填料。

2.3 潤滑油系統故障

潤滑油系統對于超高壓往復壓縮機的作用，就像血液對于人體的作用；超高壓往復壓縮機主要有3路油潤滑系統：氣缸潤滑油系統、冷卻沖洗油系統和曲軸箱潤滑油系統。

氣缸潤滑油系統常見故障現象主要是氣缸潤滑油消耗過大、氣缸潤滑油現場油箱液位上升和注油器不注油3種。發生第一種故障時，可以在不影響柱塞溫度、振動和氣缸溫度的情況下適當調整注油量；發生第二種故障時，要及時檢查注油器的注油情況，若注油器注油失效，必須把此氣缸的另外兩個或者3個注油點負荷調整到100%，以保證氣缸潤滑效果；檢測確認注油器不注油是注油器本身的故障還是出口單向閥的故障，待停車時計劃檢修更換注油器。

冷卻沖洗油系統和曲軸箱油系統常見的故障和處理方法列于表1。

表1 冷卻沖洗油系統和曲軸箱油系統常見的故障和處理方法

2.4 傳動機構常見故障

對于超高壓往復壓縮機來說，傳動機構的常見故障即為不明異響，這種不明異響是影響超高壓往復壓縮機平穩運行的潛在危險因素，如果不能及時判斷原因并做出處理的話，易造成設備的重大事故。能正確、及時判斷出不明異響的原因，需要專業技術人員具備很強的超高壓壓縮機運行維護經驗和知識，能通過微小的聲音變化判斷出問題的關鍵所在。經分析，可能導致壓縮機不明異響的原因和處理方法如下：

a. 柱塞余隙偏小，需停車重新檢查調整柱塞余隙；

b. 曲軸主軸瓦間隙過大，需停車檢查曲軸主軸瓦間隙；

c. 連桿大小頭軸瓦損壞，需停車檢查更換連桿大小頭軸瓦；

d. 壓縮機與電動機不對中，需停車重新檢查找正；

e. 中心閥、柱塞損壞的部件或其他異物在氣缸中，需停車打開檢查清理氣缸，并同時檢查中心閥和柱塞打標確認是否水平；

f. 滑板失效，需停車檢查滑板巴氏合金有無脫落。

3 超高壓往復壓縮機長周期維護保養

3.1 輔助系統

輔助系統的維護和保養需要做到：保證曲軸箱潤滑油系統和冷卻沖洗油系統的油溫(換熱器后)正常，在15～60℃范圍內，油壓在0.45MPa左右，且不低于報警值0.20MPa，油箱液位在上下限之間，確認潤滑油系統所有管路接頭完好，無泄漏；檢查冷卻油系統各氣缸爆破片是否完好，爆破片后管道上的視鏡是否有油通過；檢查氣缸潤滑油系統油溫是否正常，在40～60℃范圍內，不低于35℃，油泵入口壓力在0.045MPa左右，不低于0.020MPa，油箱液位在上下限之間；觀察氣缸潤滑油注油泵視鏡中油口的滴油情況，檢查確認各注油泵工作是否正常，是否有異常振動和響聲；檢查注油泵注油器管線視鏡是否有氣泡冒出，如有則先關閉注油器入口閥，打開排氣閥排氣調整趕出氣泡，并調整注油器視鏡油液面至1/2處，根據柱塞運行參數和標準注油量測算油量是否適當；保證曲軸箱潤滑油過濾器壓差、冷卻沖洗油過濾器壓差在0.01～0.07MPa之間，且不高于報警值0.08MPa；保證界區循環水供水溫度小于28℃，供水壓力大于0.4 MPa(G)，符合工藝要求；檢查曲軸箱潤滑油系統和冷卻沖洗油系統中油冷器的冷卻水是否循環正常，無堵塞；檢查確認界區低壓氮氣系統壓力為0.4～0.6MPa，符合工藝指標要求，各部位保護氮氣壓力、流量正常。

3.2 壓縮機

壓縮機的維護和保養需要做到：保證曲軸箱框架振動不高于8mm/s，各段氣缸缸體振動均不高于45mm/s，機組地腳螺栓無松動，各部位無異常振動；各段氣缸填料泄漏氣流量一次表在0～50kg/h正常范圍內，不高于100kg/h；氣缸高壓填料泄漏氣總流量在0～450kg/h正常范圍內，不高于800kg/h，且泄漏氣總管爆破片信號正常，未爆破；保證各段出入口溫度、壓力正常(指標如開機最終狀態“狀態確認”部分)；保證機組各傳動部位無異常響聲；各主軸承溫度和所有主十字頭滑道溫度在40～70℃正常范圍內，不高于75℃；所有柱塞溫度在40～65℃正常范圍內，不高于70℃，所有柱塞振動不高于200μm。

3.3 主電機

主電機的維護和保養需要做到：保證主電機運行中無異常響聲；保證主電機電流正常；主電機繞組溫度不高于145℃；主電機軸承溫度不高于90℃；主電機軸承振動不高于12.5mm/s；主電機正壓通風壓力不低于0.2kPa。

3.4 工藝系統、儀表及其他

檢查各段出入口溫度、壓力是否正常，符合工藝指標(指標如開機最終狀態“狀態確認”部分)；檢查進出口管線、閥門及安全閥等是否有泄漏；檢查工藝氣管路是否有異常振動。

確認各儀表元件指示正確；保證現場儀表元器件接線無松動、脫落現象。

冬季需注意重點檢查曲軸箱潤滑油系統、冷卻沖洗油系統、氣缸潤滑油系統油箱和管路電伴熱運行情況；檢查曲軸箱潤滑系統、冷卻沖洗油系統、氣缸潤滑油系統油箱電加熱器的運行情況，主電機和氣缸潤滑油注油器空間電加熱器運行情況；同時，冷卻水和冷媒系統需要防凍凝。

4 超高壓往復壓縮機預知檢修

目前，國內超高壓往復壓縮機的故障或事故檢修多處于初級檢修階段。此種檢修方式對于人力、物力的要求較高，而且嚴重制約超高壓往復壓縮機長周期運行。要想從根本上提高超高壓往復壓縮機的運行水平，必須做好由事后檢修向預知檢修的轉變。所謂預知檢修，就是對于設備的日常運行有充分地了解，對各種參數和關鍵數據波動進行科學分析，合理做出判斷，準確預知設備的運行狀態，對于設備部件運行水平和壽命做出預判，利用停車檢修的機會處理潛在問題，使影響超高壓往復壓縮機長周期運行的危險因素消除在萌芽之中。

國內某LDPE裝置中超高壓往復壓縮機因填料失效泄漏故障檢修，造成的故障停車每年達16次之多。據統計，該裝置自2012年7月大檢修之后，通過對填料合理的預知檢修，運行至2013年8月，因填料失效泄漏導致的停車事故降至每年4次，減少了超高壓往復壓縮機的非計劃停車，提高了LDPE裝置運行水平，該自2013年2月17日完成裝置開車后，超高壓往復壓縮機長周期平穩運行了83天，較原來最高平穩運行56天的記錄提高了17天。

5 結束語

目前，國內在用LDPE裝置中超高壓往復壓縮機的運行水平與國外的相比差距較大，其原因主要是設備運行周期短、檢維修頻次高。這就要求技術管理人員和超高壓往復壓縮機操作人員善于總結各類故障的原因，尤其是故障前期的各種異常現象，據統計，約有50%的超高壓往復壓縮機故障可以在最初期發現時通過操作延緩其發生，甚至有效地調節或避免。因此，規范的日常操作、合理的維護保養和故障預判、科學的檢維修是超高壓往復壓縮機平穩運行最基本、也是最重要的保障。