柴油加氫精制裝置新氫壓縮機故障分析及對策

馬加壯

(中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250000)

中石化濟南分公司1.60 Mt/a柴油加氫精制裝置新氫壓縮機為2臺固定水冷對稱平衡型二列二級無油潤滑往復式壓縮機(工藝位號為K-101A/B)，由無錫壓縮機廠設計制造。K-101B安裝有HydroCOM氣量無級調節系統，K-101A設置有吸入氣閥卸荷器，可進行0%、50%、100%負荷調節，于2011年9月安裝完成并投入使用。

新氫自系統氫氣管網來，進入新氫壓縮機入口分液罐D-108，經壓縮機一級壓縮后通過級間冷卻器進入二級氣缸壓縮，被壓縮后的氫氣一部分去往循環氫壓縮機K-102出口，另一部分通過“二返一”水冷器E-104返回至D-108入口。工藝流程如圖1所示，機組性能參數如表1所示。

圖1 柴油加氫精制裝置新氫壓縮機工藝流程

1 機組故障情況及分析

新氫機組自2014年裝置RTS改造后開工運行至今，主要發生過3次故障。對機組故障部件進行拆檢分析，找出原因并采取相應措施，以防止類似故障的發生。

表1 柴油加氫裝置新氫壓縮機主要參數

1.1 K-101B二級負荷異常故障

1.1.1故障經過

2015年10月17日16:37，K-101B一、二級負荷器差值突然異常升高，二級負荷較一級負荷大10%～13%，初步分析原因為二級氣閥故障。10月19日9:30，車間將K-101B(簡稱B機，下同)倒至K-101A(簡稱A機，下同)運行，B機置換合格后，開始更換二級兩個進氣閥；16:00，檢修完成后，將A機倒回B機試運，發現一、二級負荷器差值與檢修前無變化，二級負荷仍較一級負荷大10%～13%，且二級排氣溫度逐漸升高至117 ℃，進一步分析判斷為二級排氣閥故障；17:30，又倒至A機運行，并聯系維修人員繼續處理B機。10月20日，維修人員拆檢二級排氣閥，一并打開缸蓋檢查活塞環運行情況，發現二級西側排氣閥彈簧脫落導致閥片與閥座脫開，排氣閥失效，造成排氣溫度升高，同時在HydroCOM自動狀態下，使得二級負荷較一級負荷值異常增大；更換二級排氣閥后，16:00，車間將A機倒至B機，運行恢復正常。

1.1.2故障原因探究

K-101B二級負荷突然異常升高后，通過以下兩個方面判斷原因為二級西側氣閥故障倒氣，隨后的檢修結果也證明了這一判斷的正確性：

1) 日常生產中，K-101B一、二級負荷采用自動控制方式，HydroCOM系統根據級間壓力的實際值與給定值自動調節二級負荷。當二級進氣閥或排氣閥倒氣時，其負荷就會因為倒氣的損失導致在任意時刻都遠高于一級負荷。

2) HydroCOM每一個進氣閥門的閥室外蓋處都安裝了一個溫度傳感器，用來測得進氣閥閥室外蓋的實際溫度，從而獲知進氣溫度。故障發生期間，2.2進氣閥閥室外蓋溫度較2.1進氣閥高約10 ℃，從而判斷2.2進氣閥(西側)發生故障倒氣。更換進氣閥后試運無效果，進而判斷為西側排氣閥故障。隨后，拆檢確認二級西側排氣閥失效。

1.1.3檢修情況

2015年4月3日，一、二級總計6個排氣閥全部換新，運行6個半月，情況良好。2015年10月的這次檢修拆檢并更換了二級進、排氣閥，發現進氣閥整體比較干凈，排氣閥油泥較多，且西側排氣閥彈簧全部脫落，原因分析如下：2015年9月18～23日，二級氣缸存在異響，并有增大趨勢，24日聯系鉗工倒機后拆檢。因現場監測氣閥及機體的各參數都正常，室內DCS各機組相關參數也無異常，經車間與維修人員綜合分析判斷，認為異響原因可能為排氣閥壓蓋螺栓松動，現場檢查發現二級西側的排氣閥壓蓋螺栓全部有松動跡象，其中有一條螺栓用手即能擰動。緊固螺栓后開機，運行正常。在壓蓋螺栓松動期間，排氣閥閥室內出現反復的劇烈振蕩，必然會引起氣閥組件疲勞松動。24日緊固螺栓后繼續運行，隨著機組本體的振動，一段時間(9月24日～10月17日)后，已經松動的氣閥彈簧突然脫落(見圖2)，導致氣閥失效。

圖2 二級西側排氣閥(彈簧脫落在壓蓋內)

1.1.4調整及防范措施

1) 針對裝置中振動較大的大型設備形成定期檢查緊固連接件的機制：a)日常巡檢加強對大型機泵，如反應進料泵P-102油路系統相關法蘭、卡子的關注，發現螺栓松動的情況要及時緊固處理；b)每月對K-101A/B的一、二級排氣閥壓蓋螺栓進行檢查，及時緊固松動的螺栓。

2) 加強大機組的維護保養，加大巡檢力度，及時發現問題并處理。

1.2 K-101B電機軸瓦燒損故障

1.2.1故障經過

2016年4月28日08:00，K-101B電機聯軸器端軸瓦溫度TI16106B為58.9 ℃，至09:17，溫度升至62.4 ℃(升高3.5 ℃)，隨后班組人員發現TI16106B溫度急劇升高，09:20已升至78 ℃。現場查看就地溫度計，發現現場指示與DCS顯示溫度一致。09:30，將K-101B倒至K-101A運行，倒機前TI16106B溫度最高升至101.2 ℃(09:30，溫度變化趨勢如圖3所示)。維修人員拆檢K-101B 電機聯軸器端軸瓦，發現軸瓦損壞。對軸瓦進行檢修(刮瓦、研瓦)后回裝，同時對電機兩端軸伸入電機本體部位澆注潤滑油。5月9日09:00，將K-101A倒至K-101B，運行恢復正常。

1.2.2故障原因探究

1) 排除壓縮機本體故障導致電機軸瓦故障

在電機聯軸器端軸瓦溫度TI16106B驟升時，電機自由端軸瓦溫度TI16107B(2016年4月28日08:00為53.7 ℃、09:30為53.9 ℃)、壓縮機軸瓦溫度(TI16103B/16104B/16105B)以及壓縮機本體振動(VI16101B/16102B)均未出現大的波動或者異常,如圖4～圖6所示。

圖3 K-101B電機聯軸器端軸瓦溫度TI16106B趨勢

圖4 K-101B電機自由端軸瓦溫度TI16107B趨勢

圖5 K-101B壓縮機軸瓦溫度

圖6 K-101B壓縮機本體振動(VI16101B/16102B)趨勢

上述趨勢可排除因壓縮機本體振動大致使電機受到軸向推力，造成電機軸振動大、軸瓦發熱的原因。

2) 排除甩油環故障、油位低原因

該電機軸瓦潤滑油靠甩油環將油箱內的油帶至軸頸上，當油箱內油位低時，甩油環帶油量減少，會造成軸瓦溫升；另一方面如果甩油環不轉則會直接導致軸與軸瓦之間沒有油膜而燒毀軸瓦。拆檢軸瓦后發現，甩油環運行良好，油箱油位也適中，因此可排除這一故障原因。

通過以上分析，并結合現場用點溫計測得的電機軸溫(>100 ℃)，確定故障原因為電機軸溫升高后傳熱至軸瓦處引起故障，具體分析如下：電機軸伸入電機本體的部位有一阻擋灰塵的環形毛氈部件，隨運行周期增長(開工后4年半)，該部件老化發硬，造成電機軸摩擦力增大，溫升增大，傳至軸瓦處，使軸瓦潤滑油溫度逐漸升高，粘度降低，承載能力也隨之降低，至某一時刻，軸瓦與軸之間不能形成具有足夠壓力的油膜，使軸瓦與軸處在半液體摩擦狀態，短時間內軸承溫度急劇升高，最終導致軸瓦燒損。

1.2.3調整及防范措施

1) 2013年10月，K-101B電機自由端軸瓦也發生過同樣故障。此次故障的發生再一次提醒我們要注意電機兩端軸溫的監測，定期澆注適量潤滑油，降低電機軸的摩擦。

2) 建議增設軸瓦強制潤滑設備，降低軸瓦故障率。

1.3 K-101B HydroCOM無級氣量調節系統故障

1.3.1故障經過

2016年10月22日，K-101B HydroCOM系統出現故障，DCS顯示CIU(中間接口單元)報警，液壓油泵聯鎖停運，HydroCOM系統切除。經儀表人員檢查，處理了TDC(上死點傳感器，見圖7～圖8)現場接線盒及機柜間“Enable”(DCS激活HydroCOM系統，見圖9)的線纜接頭后恢復正常，具體過程如下：

1) 2016年10月22日05:41:59，因TDC傳感器現場接線盒(位置在K-101B一級缸北側)內電線接頭松開，CIU接收不到傳感器傳遞的活塞位置信號，屬HydroCOM系統自身故障，隨即HydroCOM系統自動聯鎖切除，液壓油泵停運，自動切換到機組的100%負荷運行，進氣閥恢復到與普通氣閥一樣的功能，即成為依靠壓差工作的自動閥。05:43，機組負荷升至100%。

圖7 TDC傳感器接線盒

圖8 安裝在飛輪上的TDC傳感器(圓柱形)

圖9 機柜間HydroCOM系統指示盤

2) 09:16，為配合儀表人員判斷故障原因，現場啟運液壓油泵，而此時各進氣閥的執行機構電磁閥均處在初始狀態(使機組0%負荷的狀態)下，即執行機構液壓缸內充滿動力，進氣閥閥片在執行機構作用下被卸荷器強制保持開啟狀態，機組負荷由100%降到0%。外操現場立即停運油泵，負荷回到100%，造成新氫流量波動。

3) 15:46，將K-101B倒至K-101A運行，儀表人員在機柜間發現TDC傳感器指示燈不閃爍，判斷TDC傳感器故障，現場打開接線盒檢查，緊固松開的線路接頭。

4) 16:20，儀表處理完畢后，啟動液壓油泵，K-101B空負荷啟運，準備倒機。16:25，K-101A降至50%負荷，內操DCS給定K-101B一、二級各50%負荷(HYD01、PIC16003B手動給50%)，但發現負荷器不起作用，K-101B基本不做功，A機負荷又倒回100%。儀表人員繼續檢查發現，機柜間“Enable”信號指示未亮燈，即DCS信號不能通訊至CIU，未能激活HydroCOM系統，緊固其線纜接頭后恢復正常。16:47，K-101B負荷調至100%，運行恢復正常。

1.3.2教訓及防范措施

1) TDC傳感器現場接線盒僅用兩條螺栓固定在機組氣缸附近的柱子上，而此處平臺振動較大，長期運行使接線盒內接頭松動。建議對接線盒進行加固，避免出現類似問題。

2) 儀表車間會在每次大檢修時對機柜間內的關鍵儀表線纜接頭進行緊固，目前裝置已運行到第7年，建議儀表車間對關鍵儀表線纜接頭進行檢查，防患于未然。

3) 加強HydroCOM系統理論及操作知識培訓。

2 結語

加氫裝置新氫壓縮機為加氫反應系統提供新氫，是維持生產正常運行的核心設備。新氫壓縮機為往復式活塞壓縮機，其運動部件多，易損部件多，且B機設有復雜的HydroCOM氣量無級調節系統；同時壓縮機的功率較大，排氣壓力高，且輸送的氣體易燃易爆，一旦發生事故，將造成嚴重后果。

本文通過分析柴油加氫新氫壓縮機發生故障的原因并提出改進措施，為同類裝置往復式壓縮機組的運行和故障處理提供有益借鑒。