C O2壓縮機常見故障的分析及處理

王磊(新疆塔里木油田塔西南勘探開發公司石化廠,新疆 塔里木 844804)

塔西南石化廠尿素車間的生產能力由設計的110kt/年提高到160kt/年，壓縮機由原來的三臺增加至四臺，均由上海電氣壓縮機泵業有限公司（上海大隆）生產的往復活塞式二氧化碳壓縮機。其作用將來自合成低壓脫碳的CO2，在入壓縮機之前加入0.4—0.6%（體積）的氧，經五級壓縮后壓力達20—20.5MPa（表壓）送入合成塔。由于壓縮機的頻發故障切換壓縮機。切換過程中造成合成塔波動，為裝置的平穩生產帶來不利的影響，而且還造成裝置的能耗上升。下面本文將對壓縮機故障及其處理措施進行系統化分析，為今后壓縮機的操作及其維修提供一定的參考。

1.CO2壓縮機的結構與型號

我廠尿素裝置的二氧化碳壓縮機總共有四臺，型號分別為4D12A—63/20（1#、2#、3#壓縮機）和 4D12A—62/20（4#壓縮機）。其結構如下圖所示：

圖1.CO2壓縮機傳動部分結構示意圖

從圖1可知我廠往復式CO2壓縮機是容積式壓縮機的一種。其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機構、活塞組件、填料(也就是壓縮機的密封件)、氣閥、機身與基礎、管線及附屬的設備等。

2.CO2壓縮機的故障分析及處理

本人收集尿素裝置2011年壓縮機因各類故障原因檢修記錄，并對其進行相應的分類，具體見下表一所示：

表一：2011年CO2壓縮機檢修記錄表

從表中可以看出，壓縮機因三四段超壓、三四段出口溫度異常和潤滑油系統的檢修頻次最多，占到壓縮機故障切換的58%。因此，壓縮機各段超壓超溫和潤滑油故障將作為本文的討論重點。

2.1 CO2壓縮機故障原因

2.1.1 某段出口超壓

從表一中，可以看出2011年因壓縮機三段超壓、四段超壓共檢修30次，是壓縮機故障切換的主要因素。某段出口超壓多數是下一段進、排氣閥漏，活塞環磨損，或本段出口氣冷卻不良而造成，分述如下。

（1）氣閥故障

下段進氣閥閥片斷裂；發彈簧卡住；閥座螺母銷子斷裂，造成螺母松；閥片移位或閥座與氣缸接觸面不嚴密等，使高壓氣向吸入側泄漏，手摸吸入閥閥蓋感到發熱，但有時感覺不明顯，需用聽棒，判斷是閥片動作聲音還是氣體泄漏的聲音。如漏氣會發出噪音。

下段排氣閥發生上述情況，排出氣體有倒回氣缸，造成吸氣能力降低。因為排氣閥平時也是熱的，需用聽棒判斷，如有問題，應停車更換。

（2）活塞環故障

一、二、三段雙作用缸活塞環磨損，使高壓側氣體漏向低壓側。四、五段之間平衡級有管道與三段出口相通，當四段缸活塞環損壞后，使得部分高壓氣竄入三段入口，因而也使得三段出口壓力超壓。

（3）冷卻水影響

壓縮機各段缸的冷卻水水閥開度不足或循環水的壓力不足，使得出口氣冷卻效果不佳。此外，由于循環水水質影響，壓縮機運行時間久后，或造成泥沙在各段缸的夾套中聚集影響換熱效率。

（4）其他因素

①當二氧化碳的純度大幅度下降時，此時壓縮機的三段、四段超壓比較明顯，連帶合成塔及一段循環系統超壓。

②本段排出側至下段吸入側的氣體通路混入雜物或焦油炭末卡住閥門通道，使阻力增加。

2.1.2 填料異常

（1）填料密封處注油量過小或者過大因素

注油量過大容易造成過多的油炭化，形成沉積物；過小則填料環潤滑效果不好，磨損速度加快，影響使用壽命。

（2）工藝介質夾帶顆粒物因素

現場檢查有時會發現在壓縮機氣缸及填料密封腔體中有大量沉積物，這些沉積物是由工藝介質夾帶過來的微細固體粉塵或結焦的碳粒組成，其硬度往往很高，其在密封腔處的沉積必然會造成密封填料嚴重的磨損，從而大大縮短填料密封環及活塞桿的使用壽命。

2.1.3 某段進氣或排氣溫度超溫

（1）冷卻水影響

壓縮機各段冷卻器的冷卻水水閥開度不足或循環水的壓力不足，使得出口氣冷卻效果不佳。此外，壓縮機開機過程中，操作人員未按照規程步步確認，遺漏對壓縮機上回水閥的檢查，未開引起壓縮機各段超溫。

（2）氣閥因素

①進氣溫度異常高時，有可能是該段進氣閥有故障，排氣時，進氣閥關不了，高溫氣體倒流。如雙動缸進氣閥有兩個，用手摸閥蓋確定哪個漏。

②出氣溫度異常高時，有可能是下段的進氣或排氣閥故障，排出壓力上升，壓縮比增大。也有可能是該段排氣閥故障。排出氣體在吸氣時又倒回，再次壓縮。

（3）儀表指示問題

由于壓縮機的振動，使得壓縮機的測溫點容易因為接觸不良引起儀表本身出現了問題，其進出口溫度顯示出現異常，波動大、亂跳或指示偏差大等。出現這種現象不需要切換壓縮機聯系儀表就可以進行處理。

2.1.4 潤滑油系統故障

（1）潤滑油油壓、油溫異常

①油壓下降原因：濾油器臟而堵塞；溢流閥泄漏或調節不良；油泵壓蓋或填料泄漏。一般油壓下降主要是濾油器臟，由濾油器前后壓差可判斷。

②油溫高的原因一般有冷卻水不足，水中雜質堵塞了水管，水結垢或進口水溫過高等。

（2）潤滑油帶水

潤滑油帶水往往是由排油水不及時或不徹底引起的。但也有可能是油冷卻器漏水或者是在生產過程中，CO2氣中水蒸氣過多，它通過填料函與潤滑油混在一起。除此之外，四段填料函冷卻水因密封面貼合不嚴密而漏入中體，進入機身油池也會造成潤滑油帶水。

（3）油泵故障

油泵出現故障往往是由軸承、齒輪磨損或者是靠背輪不同心，泵體吸入空氣引起的。另外，油泵的電纜有時也存在一定程度的老化，造成油泵缺相引起油泵跳車，進而造成壓縮機油壓掉聯鎖跳車。

2.1.5 其他原因

（1）法蘭或焊縫泄漏

1）法蘭墊片被腐蝕或連接法蘭的螺栓松動；2）焊縫處被腐蝕或出現沙眼；

（2）液擊

壓縮崗位排油水不及時或壓縮機五段入口溫度控制過低，造成氣體中帶入大量液體時，由于液體的不可壓縮性，瞬時就會達到很高的壓力，產生液擊，發出巨大響聲。嚴重時會造成氣缸蓋擊碎，活塞桿彎曲，或其他零部件的損壞，甚至發生人身傷亡事故。

（3）設備及管線振動

①固定松動；②支撐件不足；③因壓力脈動引起共振；④管線固定因膨脹被破壞；⑤管件振動大。

（4）壓縮機本體的異常響聲

敲擊主軸承，若間隙過大或瓦蓋螺栓螺母松動，其聲音通常是沙啞的，無金屬響聲；敲擊連桿軸瓦，連桿與曲軸連接的大瓦頭，如間隙過大，旋轉時向前向后的敲擊聲是不同的。連桿與十字頭銷連接的小頭瓦是作往復運動的，如間隙過大，前后兩次敲擊聲就比較均勻。除此之外，機身內有雜物或者曲柄與十字頭銷平行度有出入也會造成機體出現異常響聲。

2.2 應對措施

2.2.1 某段出口超壓應對措施

（1）氣閥故障處理：當壓縮機出現某段超壓時，崗位人員可以手摸吸入閥閥蓋感到發熱，或可用聽棒判斷是閥片動作聲音還是氣體泄漏的聲音。如漏氣會發出噪音，如判斷為氣缸閥失靈，應立即停車更換，否則碎片落入氣缸內是非常危險的。

（2）活塞環因素：可用手摸平衡段出口管管壁溫度是否發涼來判斷。如發冷或管壁結霜，表示泄露擴大，通過更換活塞環解決。

（3）如混入雜物或焦油炭末卡住閥門通道，可通過拆檢清洗來解決。

2.2.2 填料異常應對措施

（1）填料密封處注油量過小或者過大因素的處理：注油量的確定除了按廠家的標準注入外，還應該在試車初期，通過檢查密封環處的運行情況，確定一個合適的量。試車結束后，打開檢查填料處活塞桿上有無炭狀物，以判斷注油量的大小。

（2）工藝介質夾帶顆粒物的處理：通過調整工藝使壓縮機參數達到設計要求，必要時可加氣固分離器，分離掉這些顆粒雜，就可避免氣缸與活塞環、活塞桿與調料摩擦副之間的顆粒磨損。

2.2.3 某段進氣或排氣溫度超溫應對措施

（1）冷卻水因素：先檢查前段冷卻器是否出現異常，如有問題及時交付檢修。此外，車間定期對各停運壓縮機開展預防性檢修，對各段缸的水夾套進行清洗。

（2）氣閥因素：一方面及時對故障氣閥更換；另一方面，提高氣閥的進貨質量。

（3）儀表指示問題：聯系儀表檢修，更換儀表，并各測溫點進行加固，減小振動對其造成的影響。

2.2.4 潤滑油系統故障的處置措施

（1）潤滑油油壓、油溫異常的處理

油壓下降主要是由濾油器臟引起的，可由濾油器前后壓差判斷，輪流對停用的壓縮機定期清洗濾油器。

針對油溫高可以通過檢查是否由上回水閥的開度、冷卻水水壓引起的。此外還可以通過測溫儀對冷卻水的上回水管線的溫度進行判斷是否冷卻水走短路。另外，結合對壓縮機各段缸水夾套清洗的時候對潤滑油冷卻器進行清洗。

（2）潤滑油帶水的處理

①加強壓縮機的排油水操作，車間定期對崗位的排油水執行進行抽查。

②定期取壓縮機的潤滑油進行化驗分析，出現異常及時進行換油。

（3）油泵故障的處理

①針對油泵缺相引起油泵跳車，進而造成壓縮機跳車，經過相關分析發現泵的電纜存在一定的程度的老化。因此，定期聯系電氣人員對油泵電機的線路檢查，并對電纜進行相應的更換。

②安排鉗工定期對停運的油泵進行預防性檢修。

2.2.5 其他原因的應對措施

①法蘭或焊縫泄漏：更換法蘭墊片或緊固螺栓；焊縫漏要及時補焊。

②液擊：每小時一次及時排油水，并做到排油水徹底，五段入口溫度控制必須高于操作壓力下二氧化碳的液化溫度。

③設備及管線振動：應擰緊螺栓，制止松動或更換緊固方法；應補充支撐架；應考慮管線熱膨脹方向，重新調整固定件位置；應加固管架。此外，嚴格二氧化碳壓縮機的入口壓力，避免抽負壓。

④壓縮機本身異常響聲：用聽棒重點檢查，查明原因，停車處理。

3.改良建議

通過前面對壓縮機故障原因及處理中發現，為了使壓縮機運行更加穩定和可靠，可進行一些相應的改造。本人結合國內其它廠家的一些做法和設想，提出以下的改進建議：

3.1 恢復二氧化碳壓縮機入口總管壓力顯示，并在壓縮機一回一管線增設調節閥，內操人員可根據壓縮機進口壓力顯示實現遠程對壓縮機負荷的調整。

3.2 現在往復壓縮機大多采用出口回流至入口的方式維持壓力的穩定及滿足工藝需求，往往有40%左右的功是無用功。可參考個別廠家將部分二氧化碳用于二段循環系統吸收進入合成塔內，可以減少壓縮機的打氣量，從而起到節約電耗的目的。

3.3 目前，人工手動排油水弊端很多，要么就是排油水不及時或不徹底，均有可能為壓縮機平穩運行帶來比較大的隱患。建議將目前裝置手動操作排油水改裝成自動排油水裝置。

3.4 采取高壓變頻電機或者先進的氣閥結構可以節省大量電耗。

[1]尿素裝置操作規程[M]，2008版.

[2]錢鏡清；水溶液全循環工藝尿素裝置操作指南，2005版.

[3]孫炯明；往復式壓縮機技術問答（第二版），2005.