柴油加氫新氫壓縮機空載做功原因分析與處理

時丕斌，王偉迪，康秀閣

（中國石油遼河石化公司，遼寧盤錦 124022）

0 前言

因為壓縮比大、熱效率高、吸排氣壓力范圍廣等優點，往復式壓縮機組被廣泛應用于煉油、化工及冶金領域。由于加工工藝的需要，多數壓縮機組需要進行輸送流量的調節與控制。其中，部分行程壓開吸氣閥氣量調節系統以調節控制靈敏、節能效果顯著、運行平穩可靠的優勢得以廣泛應用。

1 氣量無級調節系統原理簡述

部分行程壓開吸氣閥氣量無級調節技術工作原理是將活塞式壓縮機運轉過程中，依靠外止點傳感器監控的曲軸實時旋轉角度等數據傳輸至計算機綜合處理，并將數據信號反饋至數據處理單元，進而發出指令，通過液壓執行機構來實時控制吸氣閥的啟閉時間，從而達到機組排氣量0～100%全范圍無級調節。活塞式壓縮機部分行程壓開吸氣閥氣量調節系統的工作原理如圖1所示。

圖1 活塞式壓縮機部分行程壓開吸氣閥氣量調節系統

2 異常加載情況簡述

某柴油加氫裝置新氫壓縮機組型號為4M125－48/20－150，采用HydroCOM氣量調節系統。該機組為四列三級壓縮，其中一級壓縮兩列，布置在曲軸的同側；二級及三級壓縮布置在曲軸的另一側。機組一級吸氣壓力約2.0 MPa，末級排氣壓力高達15 MPa。壓縮機組因前一級氣缸故障拆除檢修，機組回裝后試運。

壓縮機組啟動前，投用氣量無級調節系統液壓油站，并調整液壓油站輸出油壓為12 MPa，油站油位及油溫均符合運行指標要求。為避免機組帶載啟動沖擊高壓電網，將負荷調節系統各級負荷均調整為0%，即空負荷。壓縮機組啟動后，發現一級吸氣及排氣壓力稍有下降，但二級及三級排氣壓力均有大幅上升，機組啟動后50 s內，二級排氣壓力由2.0 MPa上升至3.7 MPa，三級排氣壓力由2.0 MPa上升至7.1 MPa。而且，壓縮機主電機運行電流持續偏高，運行現場伴隨有尖銳刺耳的氣流噪聲。往復式壓縮機負荷異常波動或各級負荷加載異常時，將導致各級綜合活塞力的變化，容易引起某級反向負荷不足而導致連桿小頭瓦燒研粘合的機械事故。為避免發生事故，緊急停運該機組。

由上述現象分析可知，壓縮機在啟動過程中，雖然各級負荷已通過控制系統置零，但是，二級氣缸及三級氣缸仍有做功現象，排氣壓力大幅上升，一級氣缸則沒有明顯的做功現象，吸排氣壓力無顯著變化。機組停運后，檢查發現氣量無級調節系統液壓油站高壓過濾器部位有周期性“呼哧”喘息聲音。

3 異常加載原因排查與分析

為查明壓縮機組帶載啟動的原因，結合負荷控制系統的工作原理，從液壓油站及管路、液壓執行機構安裝間隙、負荷控制調節程序等方面進行了分析與排查。

3.1 液壓油站及管路

機組檢修期間，氣量無級調節系統液壓油站曾長時間停運，而且曾拆裝前一級吸氣閥液壓執行機構的液壓管路等。為排查是否存在液壓管路接引錯誤或油站流程異常等，對壓縮機組前一級各吸氣閥液壓執行機構給油及回油管路進行了排查，確認安裝正確。

氣量無級調節系統二級氣缸及三級氣缸位于壓縮機曲軸同側，且由同一路液壓油控制。為排查液壓油是否暢通，分別拆除二級及三級吸氣閥液壓執行機構供油接口，并啟動液壓油站。檢查發現，各供油口可見液壓油均勻流出，證明各液壓管路暢通。此外，借鑒國外因供油口過濾網堵塞而引起的空負荷做功案例，對二級及三級各供油口過濾網進行了清理排查，均未發現異常。

3.2 液壓執行機構安裝間隙及卸荷桿

根據部分行程壓開吸氣閥氣量調節系統工作原理可知，機組空負荷即通過液壓油站輸出的高壓液壓油推動液壓執行機構活塞下行，驅動吸氣閥卸荷桿壓開閥片，強制各吸氣閥保持開啟狀態，從而實現機組空負荷運行。

顯然，機組空負荷狀態下某級做功是由于該級各吸氣閥沒有保持打開狀態，從而導致該級帶有部分或全部負荷。由于壓縮機吸氣閥卸荷桿及氣閥閥片壓叉長時間承受交變載荷，疲勞斷裂風險較高[6～7]。按照液壓執行機構安裝技術數據，卸荷桿上端面至液壓執行機構密封室上端面的距離h應為（18±2）mm（圖2）。

圖2 液壓執行機構卸荷桿安裝尺寸示意

該間距過大時，液壓執行機構壓桿無法接觸卸荷桿，導致閥片無法頂開，使機組無法實現空負荷運行。為排查二級、三級各吸氣閥壓開執行機構是否存在以上異常情況，拆除了各液壓執行機構的電氣室及閥室，測繪各執行機構安裝間隙。其中，二級氣缸蓋側和軸側的測繪數值為16.84 mm和17.23 mm；三級氣缸蓋側和軸側的測繪數值為16.54 mm和16.75 mm。各液壓執行機構卸荷桿安裝間隙尺寸為16.54～17.23 mm，顯然負荷執行機構安裝符合技術要求。檢查各執行機構卸荷桿完好情況，未發現斷裂及嚴重磨損現象。

3.3 負荷控制程序及靜態調試

為進一步排查分析負荷調節系統工作異常原因，檢查氣量調節及控制系統控制程序，重新核實了各控制過程技術參數及邏輯關系。檢查核實過程中，未發現異常情況。

機組停運后，液壓油站高壓過濾器部位發出周期性的“呼哧”聲音，分析認為該部位積存有氣體。為保證液壓管路內充滿液壓油，對機組所有液壓執行機構進行了靜態調試，即使用控制系統自帶調試程序，在機組停運的狀態下依次切換各執行機構液壓油路，并到機組現場檢查確認各液壓執行機構電磁閥切換情況。經核實，機組現場各液壓執行機構與控制柜內控制卡件對應關系正確，靜態調試各執行機構動作準確。并且切換調試后，高壓過濾器處的“呼哧”聲音逐漸消失，液壓油站輸出壓力平穩無波動。

經以上排查與調試后，機組啟動試運過程平穩，無異常加載或波動，證實壓縮機組氣量無級調節系統恢復正常運行狀態。

由此分析認為，機組檢修期間，長時間停運氣量無級調節系統液壓油站并拆裝部分液壓執行機構油路，導致液壓油管路或執行機構內積存空氣。當機組空負荷啟動時，壓縮機各吸氣閥被液壓執行機構頂開，機組處于空載狀態。但是，活塞的高速往復運動導致氣缸內的氣流快速通過被壓開的氣閥閥隙返回至吸入系統，在閥片上產生明顯的氣流頂推力，使閥片有沿氣流方向運動直至關閉的趨勢。由于頂開氣閥閥片的液壓系統內存有可壓縮的不凝氣體，該氣體產生的緩沖作用，導致吸氣閥閥片在活塞的部分行程內關閉，從而使機組帶載做功。

4 改進措施及建議

氣量無級調節系統液壓部分故障拆檢后，由于油路導通大氣，而且高壓軟管布置自由，常常在管路高點存在“氣袋”等，極易造成不凝氣體沉積，產生“氣墊”緩沖作用，導致負荷調節系統工作異常。為排凈管路內的存氣，避免不凝氣體影響氣量無級調節系統運行，機組試運前有必要拆除各液壓執行機構的給油及回油接管，并將二者用快接接頭連接，然后啟動液壓油站全量循環一定時間，以排凈液壓管路內的積存氣體。

此外，使用氣量無級調節系統自帶的調試及服務軟件進行靜態模擬測試，即在壓縮機組停機的狀態下啟動液壓油站，使液壓執行機構逐臺切換，促使液壓油間斷大量回油，也有助于排凈管路內積存氣體，從而保證機組正常運行。

5 結束語

部分行程壓開吸氣閥氣量無級調節系統節能效果顯著，運行可靠性較高。但是由于該系統在國內使用經驗較少，程序控制系統復雜，因此在現場應用領域故障診斷與處理方面的經驗較少。特別是對于載荷分配異常等現象，一旦發現應及時停機檢查確認，以防造成機組嚴重損壞事故。

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