丙烯循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行故障分析及對(duì)策

曹圣賢(中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

0 引言

洛陽(yáng)石化14萬(wàn)噸/年聚丙烯生產(chǎn)裝置2013年1月底實(shí)現(xiàn)開(kāi)車生產(chǎn)。而裝置內(nèi)循環(huán)丙烯氣壓縮機(jī)PK301A/B自裝置投產(chǎn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行不平穩(wěn)，頻繁多次出現(xiàn)故障停機(jī)現(xiàn)象，成為裝置低壓回收系統(tǒng)運(yùn)行十分不穩(wěn)定的因素。在機(jī)組故障發(fā)生停機(jī)情況下，需要持續(xù)向火炬系統(tǒng)排放丙烯氣以維持低壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，這就造成大量低壓丙烯氣白白浪費(fèi)，成為困擾聚丙烯裝置長(zhǎng)周期、安全平穩(wěn)運(yùn)行的重大生產(chǎn)隱患，亟待解決。

1 系統(tǒng)介紹

聚丙烯裝置低壓丙烯回收系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)丙烯氣壓縮機(jī)PK301A/B對(duì)裝置低壓丙烯進(jìn)行回收返回聚合單元，而壓縮機(jī)組PK301A/B是低壓丙烯回收系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。反應(yīng)后物料經(jīng)閃蒸罐分離，聚丙烯粉料夾帶丙烯氣進(jìn)入低壓循環(huán)袋慮器F301后，進(jìn)一步低壓分離出聚丙烯粉料中裹挾少量的丙烯氣。聚丙烯粉料從循環(huán)袋慮器器F301靠重力進(jìn)入汽蒸罐，丙烯氣從袋慮器頂部經(jīng)安全過(guò)濾器F302A/B進(jìn)入低壓丙烯洗滌塔T302。在洗滌塔T302中通過(guò)洗滌循環(huán)泵P304A/B實(shí)現(xiàn)丙烯氣與循環(huán)洗滌白油及抗結(jié)垢劑逆流接觸，除去丙烯氣中夾帶的聚丙烯細(xì)粉、三乙基鋁和少量雜質(zhì)組分。洗滌后的丙烯氣經(jīng)霧沫分離器D304分離丙烯氣中夾帶的洗滌油，分離后的丙烯氣通過(guò)PK301A/B增壓后進(jìn)入高壓回收系統(tǒng)液化后進(jìn)行回收至聚合單元續(xù)參與反應(yīng)，如圖1所示。

圖1 丙烯回收系統(tǒng)流程圖

丙烯循環(huán)氣壓縮機(jī)PK301A/B由沈陽(yáng)遠(yuǎn)大公司制造，每套機(jī)組由一臺(tái)兩級(jí)三缸往復(fù)式壓縮機(jī)，一級(jí)有兩個(gè)缸體，二級(jí)一個(gè)缸體，級(jí)間設(shè)有入口管道式過(guò)濾器、進(jìn)出口緩沖罐、換熱器，控制閥門及管線。壓縮機(jī)壓縮腔室采用無(wú)油潤(rùn)滑的迷宮密封，曲軸軸端設(shè)有同步齒輪油泵進(jìn)行潤(rùn)滑，預(yù)潤(rùn)滑采用輔助潤(rùn)滑統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑，如圖2所示。

圖2 PK301A/B壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖

裝置正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，回收丙烯氣流量大約為2.0～3.0 t/h，如果循環(huán)氣壓縮機(jī)組PK301A/B發(fā)生故障停機(jī)，低壓循環(huán)丙烯氣就無(wú)法輸送到高壓回收系統(tǒng)進(jìn)行回收，只能通過(guò)尾氣排放系統(tǒng)排放，大量丙烯白白浪費(fèi)，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)對(duì)裝置安全、平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大的影響。丙烯循環(huán)氣壓縮機(jī)PK301A/B 作為節(jié)能設(shè)備，其能否正常穩(wěn)定運(yùn)行，決定了裝置丙烯單耗，是裝置降低運(yùn)行成本的重要保障[1]。

2 循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行故障情況分析

機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中陸續(xù)出現(xiàn)一系列的運(yùn)行問(wèn)題，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)周期、平穩(wěn)運(yùn)行造成較大影響，出現(xiàn)的故障類型主要有以下幾種情況。

2.1 油池油位頻繁降低

機(jī)組在運(yùn)行初期，潤(rùn)滑油油池油位頻繁下降，潤(rùn)滑油流失，當(dāng)油位到達(dá)低油位時(shí)，需不斷進(jìn)行補(bǔ)油，入口緩沖罐需經(jīng)常排積油，機(jī)組做功及運(yùn)行情況并無(wú)明顯異常。對(duì)機(jī)組進(jìn)行停機(jī)檢查，打開(kāi)隔離腔封蓋后發(fā)現(xiàn)隔離腔大量積油。通過(guò)分析判斷隔離段刮油環(huán)處設(shè)置的回油孔流道孔徑設(shè)計(jì)偏小，再加上部分雜質(zhì)對(duì)回油孔堵塞，造成循環(huán)潤(rùn)滑油不能及時(shí)回流至曲軸箱，隔離腔積油較多，被隔離段吹掃丙烯氣帶至壓縮機(jī)組入口緩沖罐，這就造成曲軸箱潤(rùn)滑油的油位迅速下降。其次，刮油環(huán)為易損件，個(gè)別流道潤(rùn)滑效果差，運(yùn)行磨損后與活塞桿間隙過(guò)大亦造成潤(rùn)滑油流失，油環(huán)磨損情況如圖3所示。

圖3 刮油環(huán)磨損情況

刮油環(huán)在運(yùn)行一段時(shí)間后，與活塞桿間隙變大，喪失良好的分離潤(rùn)滑油作用，造成潤(rùn)滑油透過(guò)間隙部分進(jìn)入壓縮腔，對(duì)丙烯氣造成污染。并且潤(rùn)滑油在迷宮密封處高溫作用，極易形成積碳，導(dǎo)致迷宮密封失效。當(dāng)積碳存于氣缸內(nèi)，將使壓縮機(jī)的余隙減小，影響壓縮機(jī)的排氣量。當(dāng)積碳過(guò)多時(shí)，也將使氣閥損壞，增加維修費(fèi)用。

2.2 聯(lián)軸器膜片斷裂

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，巡檢人員發(fā)現(xiàn)PK301A級(jí)發(fā)出異常強(qiáng)烈雜音，現(xiàn)場(chǎng)人員確認(rèn)后緊急進(jìn)行停機(jī)處理，切換至備用機(jī)。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)為聯(lián)軸器螺栓斷裂，在其后運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)PK301B級(jí)也存在類似問(wèn)題，如圖4和圖5所示。

圖4 PK301A聯(lián)軸器斷裂情況

圖5 PK301B聯(lián)軸器斷裂情況

壓縮機(jī)組電機(jī)與壓縮機(jī)采用膜片式聯(lián)軸器直聯(lián)設(shè)計(jì)，剛性連接。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在軸向竄動(dòng)，聯(lián)軸器安裝螺栓預(yù)緊力等因素的影響，膜片聯(lián)軸器在工作時(shí)，分別受到扭矩、軸向偏差而引起的彎矩。轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，連接螺栓在扭矩作用下，產(chǎn)生了剪切應(yīng)力，軸向微量偏差而產(chǎn)生的彎矩使螺栓在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生拉伸或壓縮應(yīng)力。壓縮機(jī)曲軸每旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)一周，產(chǎn)生的應(yīng)力就循環(huán)交變一次，螺栓在交變循環(huán)和復(fù)合應(yīng)力的作用下而發(fā)生疲勞斷裂[2]。

2.3 潤(rùn)滑油油壓差低聯(lián)鎖停機(jī)

壓縮機(jī)的曲軸軸瓦、連接十字頭連桿等潤(rùn)滑點(diǎn)依靠曲軸軸端相連的同步齒輪主油泵進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油油壓差正常為0.30～0.40 MPa。但隨著運(yùn)時(shí)間的加長(zhǎng)，潤(rùn)滑油油壓差逐漸降低，通過(guò)調(diào)整潤(rùn)滑油進(jìn)油閥門開(kāi)度穩(wěn)定壓差，但潤(rùn)滑油壓差依舊逐漸降低，直至潤(rùn)滑油壓差低聯(lián)鎖停機(jī)。后打開(kāi)檢查發(fā)現(xiàn)軸端軸瓦磨損嚴(yán)重，造成潤(rùn)滑油大量泄漏，泵出口壓力偏低。根據(jù)主軸瓦磨損情況分析，由于曲軸設(shè)計(jì)制造存在缺陷，設(shè)備安裝存在偏差，造成曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中軸向竄動(dòng)，從而促使對(duì)主軸瓦的磨損速度加劇。

2.4 壓縮機(jī)氣閥故障

裝置運(yùn)行期間，監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)排氣量降低，在機(jī)組達(dá)到滿負(fù)荷的情況下，吸氣壓力仍較高，做功效率低，根據(jù)壓縮機(jī)氣閥動(dòng)作的聲音以及進(jìn)氣閥的溫度上升情況判斷氣閥失效故障，需進(jìn)行處理。經(jīng)拆解后發(fā)現(xiàn)彈簧和閥片部分損壞，閥座密封面損壞，粘附有少量細(xì)粉，氣缸內(nèi)含有部分積液。壓縮機(jī)運(yùn)行氣缸帶粉、帶油將造成工藝控制系統(tǒng)循環(huán)氣壓力、流量的變化，影響機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行；其次造成壓縮機(jī)氣閥、閥片、活塞裙、活塞桿填料環(huán)等部件的損壞。液滴在氣缸內(nèi)對(duì)氣閥產(chǎn)生液擊，對(duì)氣閥產(chǎn)生較大影響；彈簧失效，閥片受力不均勻產(chǎn)生附加彎矩，加大了撞擊受力，導(dǎo)致閥片斷裂[3]。

2.5 工藝介質(zhì)帶粉、機(jī)組帶油

機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，由于介質(zhì)帶粉，造成吸入口過(guò)濾器堵塞吸氣壓力低聯(lián)鎖停機(jī)；其次，介質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)組將造成壓縮機(jī)組內(nèi)部件損壞，造成設(shè)備故障。工藝介質(zhì)帶粉是壓縮機(jī)PK301A/B常出現(xiàn)的故障之一，機(jī)組入口管道式過(guò)濾器被細(xì)粉堵塞后，丙烯氣進(jìn)入壓縮機(jī)困難，機(jī)組吸入口壓力低造成入口壓力低聯(lián)鎖報(bào)警停機(jī)，同時(shí)，積聚細(xì)粉穿透濾網(wǎng)，造成氣缸內(nèi)黏結(jié)細(xì)粉，活塞裙及活塞桿之間迷宮密封因含有雜質(zhì)，長(zhǎng)期磨損而發(fā)生失效。

在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，也曾出現(xiàn)機(jī)組內(nèi)帶油，壓縮機(jī)振動(dòng)大等現(xiàn)象。丙烯氣洗滌塔T302在洗滌過(guò)程中，將丙烯氣中夾帶的少量聚丙烯細(xì)粉和三乙基鋁洗滌下來(lái)，洗滌后的丙烯氣從丙烯氣洗滌塔T302出來(lái)進(jìn)入壓縮機(jī)組PK301A/B。當(dāng)丙烯氣洗滌塔T302洗滌循環(huán)油量不足，達(dá)不到理想的洗滌效果時(shí)，就容易造成細(xì)粉夾帶白油進(jìn)入壓縮機(jī)組，導(dǎo)致機(jī)組帶油出現(xiàn)液擊現(xiàn)象，造成機(jī)組振動(dòng)增大、氣閥損壞等故障。此外，在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的C5及以上烴油組分，而在回收丙烯氣過(guò)程中，這些高碳組分就會(huì)在系統(tǒng)中積聚，而未得到及時(shí)分離，也會(huì)造成機(jī)組帶油而發(fā)生機(jī)組故障。

3 處理對(duì)策

3.1 優(yōu)化回油流道，更換刮油環(huán)

利用檢維修機(jī)會(huì)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢修，刮油環(huán)處回油孔進(jìn)行擴(kuò)孔，對(duì)流動(dòng)不暢的流道進(jìn)行加工處理，并對(duì)損壞的刮油環(huán)進(jìn)行更換，調(diào)整間隙，泄漏潤(rùn)滑油情況得到有效消除。

3.2 改進(jìn)聯(lián)軸器連接方式，減少?zèng)_擊

針對(duì)聯(lián)軸器螺栓斷裂的情況，經(jīng)過(guò)與廠家溝通，對(duì)聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，采用新型鼓形齒式聯(lián)軸器。鼓形齒式聯(lián)軸器屬于撓性聯(lián)軸器，可允許較大的角位移，可改善齒的接觸條件，提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，延長(zhǎng)使用壽命。具有徑向、軸向和角向等軸線偏差補(bǔ)償作用，可以補(bǔ)償電機(jī)軸與壓縮機(jī)曲軸之間的相對(duì)位移，并且具有緩沖減振作用。自投用以來(lái)效果明顯，改進(jìn)后再未出現(xiàn)過(guò)聯(lián)軸器斷裂損壞的情況。

3.3 曲軸修復(fù)，更換軸瓦，提高裝配精度

壓縮機(jī)組解體檢修過(guò)程發(fā)現(xiàn)曲軸及軸瓦磨損的情況，與廠家合作，對(duì)受到磨損的曲軸進(jìn)行修復(fù)，軸瓦進(jìn)行更換，重新裝配，提高安裝精度，降低軸向竄動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)油池油壓差無(wú)明顯下降，改善效果明顯。

3.4 更換損壞氣閥，較少入口積液

吸氣壓力偏高，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)氣閥閥門溫度及動(dòng)作情況進(jìn)行檢查，排查出有故障的氣閥，對(duì)有故障的閥門進(jìn)行更換，并針對(duì)積液現(xiàn)象，加強(qiáng)管理，定期對(duì)入口積液罐排液的排放，效果較為明顯。

3.5 進(jìn)行技術(shù)改造，調(diào)整操作

通過(guò)技術(shù)改造在PK301A/B入口增加兩個(gè)可以相互切換的入口過(guò)濾器F303A/B，這樣方便清理，減少細(xì)粉夾帶。同時(shí)又相當(dāng)于增加入口緩沖罐的作用，起到了減振，收集入口積液的作用。

嚴(yán)格執(zhí)行工藝管理要求，定期更換循環(huán)丙烯洗滌塔T302內(nèi)的洗滌油，確保油質(zhì)干凈，控制洗滌塔循環(huán)泵P304A/B循環(huán)量不低于17 t/h保證洗滌效果，防止細(xì)粉等雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)組。另外，控制好洗滌塔內(nèi)循環(huán)油油溫在合適區(qū)間，防止油溫太低造成黏度大，影響洗滌效果，而油溫太高又會(huì)將油氣帶入PK301A/B中，影響機(jī)組運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)技術(shù)改造投用的F303A/B也要定期排積液，減少機(jī)組帶油。

4 機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行改進(jìn)對(duì)策

(1)生產(chǎn)調(diào)整時(shí)，特別是生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品(MFR大于20)時(shí)，加強(qiáng)管理，安排操作人員增加出入口緩沖罐排液頻次，防止積液過(guò)多。

(2)吸排氣閥作為易損件，定期對(duì)吸排氣閥進(jìn)行溫度測(cè)量、記錄，特別是機(jī)組做功有變化時(shí)，如果同一氣缸內(nèi)氣閥閥體溫差相差達(dá)到10 ℃，及時(shí)更換溫度較高的氣閥。

(3)循環(huán)器壓縮機(jī)組PK301A/B為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，氣閥、密封、刮油環(huán)、軸瓦等易損件多，儲(chǔ)備足量質(zhì)量有保證的易損件可以縮短機(jī)組檢修時(shí)間。同時(shí)，為保證設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，定期清洗曲軸箱和更換潤(rùn)滑油。

(4)加強(qiáng)工藝管理，維護(hù)好精制單元運(yùn)行，保證原料丙烯精制效果，減少細(xì)粉產(chǎn)生，控制三乙基鋁加入量，減少三乙基鋁帶入下游回收單元的可能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)丙烯循環(huán)氣壓縮機(jī)組PK301A/B運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的故障情況進(jìn)行原因分析，并提出改進(jìn)措施，較好的解決了機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，降低了機(jī)組的故障率，保證機(jī)組長(zhǎng)周期、安全平穩(wěn)運(yùn)行，從而達(dá)到降低裝置生產(chǎn)成本、提升經(jīng)濟(jì)效益、保障安全環(huán)保的目的。

自運(yùn)行以來(lái)，在處理故障的過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為今后的生產(chǎn)操作改進(jìn)提供了一定的依據(jù)。今后將不斷摸索，最大程度地保障PK301A/B機(jī)組的安穩(wěn)連續(xù)運(yùn)行。