高壓往復(fù)壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常原因分析及預(yù)防措施

韋性尊，姚　頤，姜偉吉（中國(guó)石油蘭州石化，甘肅蘭州730000）

?

高壓往復(fù)壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常原因分析及預(yù)防措施

韋性尊，姚頤，姜偉吉
（中國(guó)石油蘭州石化，甘肅蘭州730000）

摘要：針對(duì)于蘭州石化高壓聚乙烯車(chē)間核心設(shè)備二次壓縮機(jī)C1202柱塞振動(dòng)溫度多次發(fā)生異常波動(dòng)，導(dǎo)致生產(chǎn)非計(jì)劃停車(chē)的問(wèn)題，從超高壓往復(fù)壓縮機(jī)原理出發(fā)，從引起柱塞振動(dòng)溫度異常波動(dòng)的原因入手，分析了當(dāng)前操作和維護(hù)存在的問(wèn)題，并提出整改措施，以達(dá)到維持裝置長(zhǎng)周期生產(chǎn)目的。

關(guān)鍵詞：往復(fù)壓縮機(jī)；潤(rùn)滑；原因分析；預(yù)防措施

二次壓縮機(jī)C120Z由瑞士Burckhardt公司設(shè)計(jì)制造，機(jī)組采用10kV高壓同步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)，電機(jī)功率18000kW，壓縮機(jī)能力為88T/H，為兩段8缸往復(fù)式壓縮機(jī)，采用對(duì)稱(chēng)布置，分為兩線進(jìn)料，每線每一段都有兩個(gè)汽缸，壓縮相等的物流，在壓縮機(jī)的第一段，進(jìn)料氣體壓力由27.0MPa壓縮至125.0 MPa，在第二段壓力升到設(shè)定壓力（約260～290 MPa）。

二次壓縮機(jī)機(jī)組共設(shè)有3個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)：外部油系統(tǒng)主要用于曲軸箱對(duì)曲軸主瓦及連桿大小頭瓦進(jìn)行潤(rùn)滑；冷卻沖洗油系統(tǒng)主要用于對(duì)高壓填料冷卻以及對(duì)低壓填料部位進(jìn)行沖洗；內(nèi)部油系統(tǒng)主要通過(guò)高壓注油器對(duì)每個(gè)汽缸柱塞進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。

二次壓縮機(jī)每個(gè)工作缸由缸體、高壓填料、低壓填料、柱塞、活塞、中心閥、缸蓋等部件組成，汽缸通過(guò)高強(qiáng)螺栓與中間體連接，活塞桿通過(guò)活塞背帽和彈性連桿連接。

為了監(jiān)測(cè)柱塞運(yùn)行過(guò)程的直線度和同軸度，在每個(gè)柱塞水平和垂直方向各設(shè)置有一個(gè)振動(dòng)探頭，對(duì)柱塞運(yùn)行過(guò)程中水平、垂直方向的跳動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)振動(dòng)值達(dá)到200μm時(shí)報(bào)警，400μm時(shí)裝置聯(lián)鎖停車(chē)；同時(shí)在柱塞底部設(shè)置有一個(gè)溫度探頭，對(duì)柱塞運(yùn)行過(guò)程中柱塞表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，70℃報(bào)警，75℃裝置聯(lián)鎖停車(chē)。

從開(kāi)車(chē)運(yùn)行至今，裝置多次發(fā)生因氣缸柱塞振動(dòng)及溫度出現(xiàn)異常波動(dòng)導(dǎo)致裝置觸發(fā)SP3A停聚合反應(yīng)，二次機(jī)降壓循環(huán)或機(jī)組聯(lián)鎖停車(chē)。

1　壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常原因分析

1.1維修安裝出現(xiàn)誤差導(dǎo)致二次機(jī)振動(dòng)及溫度異常［1］

對(duì)于二次壓縮機(jī)檢修更換填料時(shí)，需要清理柱塞表面，檢查柱塞的磨損情況和尺寸，符合標(biāo)準(zhǔn)后才能安裝，以保證柱塞和填料環(huán)尺寸匹配，安裝后要盤(pán)車(chē)打表檢查柱塞的水平和垂直方向跳動(dòng)值小于0.05mm。對(duì)于檢修后首次開(kāi)車(chē)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)柱塞震動(dòng)、溫度的波動(dòng)，這主要是新更換的高壓填料密封環(huán)為標(biāo)準(zhǔn)件是按照新柱塞的情況設(shè)計(jì)，而大多數(shù)情況下柱塞已運(yùn)行一段時(shí)間，不可避免會(huì)出現(xiàn)磨損，這樣在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)柱塞和高壓填料密封環(huán)的異常磨損，從而導(dǎo)致柱塞振動(dòng)、溫度異常波動(dòng)。

1.2內(nèi)部油油量不合理導(dǎo)致壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常波動(dòng)

二次壓縮機(jī)內(nèi)部油系統(tǒng)主要通過(guò)高壓注油器對(duì)每個(gè)汽缸柱塞進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，一段每個(gè)汽缸設(shè)計(jì)有3個(gè)注油器，通過(guò)高壓填料杯上的通道對(duì)柱塞進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，3個(gè)注油點(diǎn)沿柱塞軸向分布，徑向呈120°分布，如圖1所示。以保證柱塞全行程潤(rùn)滑良好，二段汽缸設(shè)計(jì)有4個(gè)注油器，為保證柱塞端部潤(rùn)滑良好（即3號(hào)注油點(diǎn)）該點(diǎn)采用2個(gè)注油器并聯(lián)，以防該點(diǎn)注油器故障后導(dǎo)致機(jī)組異常。每個(gè)注油器注油量可以根據(jù)該缸柱塞振動(dòng)及溫度。

裝置二次壓縮機(jī)內(nèi)部油使用的是殼牌E220（S3 PY220）礦物油，由國(guó)內(nèi)同類(lèi)設(shè)備經(jīng)驗(yàn)可知礦物油相對(duì)合成油來(lái)說(shuō)潤(rùn)滑性能稍差，日常注油量較大，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中要經(jīng)常檢查調(diào)節(jié)注油器，以保證柱塞潤(rùn)滑良好，當(dāng)內(nèi)部油油量不足時(shí)會(huì)影響填料與活塞之間的油膜形成［2］，會(huì)導(dǎo)致活塞與填料之間接觸潤(rùn)滑不足，而產(chǎn)生異常磨損，引起柱塞振動(dòng)、溫度出現(xiàn)異常波動(dòng)，當(dāng)內(nèi)部油量比較大時(shí)導(dǎo)致油膜厚度較大，柱塞阻力升高從而溫度增加。

圖1　注油點(diǎn)分布

1.3轉(zhuǎn)產(chǎn)以及開(kāi)車(chē)過(guò)程中升壓過(guò)快導(dǎo)致二次壓縮機(jī)柱塞溫度及振動(dòng)異常

二次壓縮機(jī)C1202的出口壓力會(huì)在裝置開(kāi)車(chē)以及轉(zhuǎn)產(chǎn)的時(shí)候會(huì)發(fā)生改變，為了生產(chǎn)不同牌號(hào)的產(chǎn)品，通過(guò)調(diào)整脈沖閥，按照升壓曲線進(jìn)行調(diào)整C1202的出口壓力。由于柱塞與高壓填料密封環(huán)之間間隙非常?。◤较?.10～0.2mm），高壓填料杯與密封環(huán)軸向間隙只有0.10～0.20mm，升壓的過(guò)程中被壓縮的氣體溫度升高，如果操作過(guò)程中升壓過(guò)快，會(huì)使得氣缸內(nèi)部溫度急劇升高，由于氣缸內(nèi)各構(gòu)件材質(zhì)不同，所以其受熱后形變量也會(huì)不同，從而極有可能會(huì)引起密封環(huán)在填料杯內(nèi)卡死無(wú)法自由浮動(dòng)，嚴(yán)重可能導(dǎo)致密封環(huán)與柱塞瞬間抱死，致使密封環(huán)斷裂，從而導(dǎo)致柱塞運(yùn)行中不斷和損壞密封環(huán)接觸、摩擦，引起柱塞振動(dòng)、溫度發(fā)生異常波動(dòng)，導(dǎo)致填料泄漏量增大

1.4高壓填料異常導(dǎo)致柱塞振動(dòng)、溫度波動(dòng)異常

C1202壓縮機(jī)密封填料是采用平面填料，每個(gè)單元由兩塊平面填料構(gòu)成一組密封元件，朝向氣缸的一塊由三瓣徑向切口組成，背離氣缸的一塊由三瓣斜切口組成，由于兩塊填料內(nèi)徑與柱塞桿加工精度高，在彈簧預(yù)緊力作用下，接觸面產(chǎn)生真空效果，當(dāng)氣缸內(nèi)的高壓氣體通過(guò)氣缸側(cè)填料切口間隙進(jìn)入小室，兩塊填料被高壓氣體壓緊在活塞桿上；而定位銷(xiāo)固定使徑向切口與斜切口錯(cuò)開(kāi)，利用徑向切口填料從軸向擋住斜切口，兩塊填料被高壓氣體壓緊在一起，阻止氣體軸向泄漏，同時(shí)，被高壓氣體推向填料函密封面，堵塞密封單元內(nèi)沿填料與填料函接觸面徑向的泄漏，兩塊填料的切口都有一定間隙，以便內(nèi)緣磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償。

C1202壓縮機(jī)填料函用5組單元達(dá)到密封效果。該填料組件在軸向有3條內(nèi)部潤(rùn)滑油注入通道，分別向3個(gè)不同位置注入潤(rùn)滑油，填料函組件裝在夾套中，有冷卻沖洗油循環(huán)冷卻，保證了由于摩擦產(chǎn)生的熱量及時(shí)由冷卻沖洗油帶走，達(dá)到控溫效果。如圖2所示。

圖2　填料函組件

首先，從工藝操作，排除了內(nèi)部油、外部油、冷卻沖洗油優(yōu)良和油質(zhì)等方面的原因，在每次進(jìn)行更換填料時(shí)，發(fā)現(xiàn)填料函周?chē)嬖谝徊糠值途畚铮?］。從填料函結(jié)構(gòu)來(lái)看，工藝運(yùn)行過(guò)程中，供油量充足，油質(zhì)良好的情況下，為了進(jìn)一步解釋造成填料的異常磨損，我們從低聚物入手，查看低聚物是否對(duì)柱塞有影響

1）資料［4］表明：“低聚物在正常運(yùn)行中會(huì)對(duì)填料和柱塞起潤(rùn)滑作用，但是停車(chē)過(guò)程中，沒(méi)有摩擦熱和氣體壓縮產(chǎn)生的熱量，填料函中的高壓乙烯泄露節(jié)流膨脹，在填料函中產(chǎn)生制冷效果，冷凍后的低聚物像沙子一樣堅(jiān)硬”。我們可以這樣推理，在下次開(kāi)車(chē)的過(guò)程中，堅(jiān)硬低聚物的粉末顆粒就像研磨劑一樣，加劇了柱塞對(duì)填料的磨損，從而縮短了填料的使用壽命。

2）從填料潤(rùn)滑的原理分析，由注油器向填料函輸送的高粘度內(nèi)部油，首先充滿填料函內(nèi)各元件和柱塞形成的間隙空間，在柱塞和填料表面形成油膜。保證柱塞和填料的良好潤(rùn)滑，超出量一方面向著十字頭方向流動(dòng)，另一方面向氣缸方向流動(dòng)。積聚在填料函中的低聚物占據(jù)填料函的間隙空間，粘度大，不易流動(dòng)，造成填料函內(nèi)部潤(rùn)滑油存量顯著減少，潤(rùn)滑效果下降；同時(shí)，堵塞填料函的徑向間隙，流動(dòng)性差，組織氣缸吸氣過(guò)程中有氣體不能過(guò)填料環(huán)徑向間隙，高壓氣體不能通過(guò)填料環(huán)徑向間隙，高壓氣體必然沿著柱塞和填料表面向氣缸流動(dòng)，從而將柱塞表面和填料間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油帶走，再一次使得柱塞表面和填料的潤(rùn)滑效果變壞，產(chǎn)生了嚴(yán)重的潤(rùn)滑不足，加速密封填料的組件磨損。當(dāng)填料磨損到一定程度，填料的密封效果變差，其密封作用就有可能隨著機(jī)組開(kāi)工時(shí)間的延長(zhǎng)而完全喪失。

2　二次機(jī)氣缸柱塞振動(dòng)及溫度異常解決方案

2.1固化檢修規(guī)程穩(wěn)定檢修質(zhì)量避免氣缸柱塞振動(dòng)溫度異常［5］

在檢修安裝的時(shí)候需要對(duì)氣缸的填料，中心閥等進(jìn)行檢查，核實(shí)配件的完好度，在安裝柱塞前，需要清理柱塞表面，檢查柱塞的磨損情況和尺寸，符合標(biāo)準(zhǔn)后才能安裝，以保證柱塞和填料環(huán)尺寸匹配，安裝后要盤(pán)車(chē)打表檢查柱塞的水平和垂直方向跳動(dòng)值小于0.05mm，同時(shí)要檢查高、低壓填料的磨損情況，最好是同時(shí)更換一個(gè)汽缸的高低壓填料、柱塞和中心閥，對(duì)使用一段時(shí)間的柱塞返廠進(jìn)行拋光處理，確保檢修質(zhì)量。

2.2加強(qiáng)檢查調(diào)節(jié)注油器的工作質(zhì)量來(lái)確保柱塞潤(rùn)滑良好

由于柱塞溫度變化有滯后性，因此發(fā)現(xiàn)柱塞溫度上升時(shí)要高度重視，及時(shí)調(diào)節(jié)，如果柱塞溫度達(dá)到700℃時(shí)發(fā)生報(bào)警，此時(shí)才調(diào)節(jié)很有可能溫度仍持續(xù)上升從而達(dá)到750℃觸發(fā)連鎖而停車(chē)，因此要早發(fā)現(xiàn)，早調(diào)整。

3　總結(jié)

通過(guò)以上分析，可以看出引起超高壓往復(fù)式壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常波動(dòng)的原因主要有4個(gè)因素，而這些因素又是相互作用，彼此影響，很難說(shuō)某一個(gè)因素是起決定作用，大多數(shù)情況下是幾個(gè)因素共同作用，導(dǎo)致壓縮機(jī)柱塞振動(dòng)、溫度異常波動(dòng)，嚴(yán)重的導(dǎo)致高壓填料失效或裝置停車(chē)，因此，我們必須通過(guò)提高檢修質(zhì)量，優(yōu)化工藝操作，加強(qiáng)日常操作維護(hù)等措施來(lái)保證機(jī)組安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙杰.超高壓往復(fù)壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)分析［J］.壓縮機(jī)技術(shù)（2008）1:15-18.

［2］樊長(zhǎng)博.往復(fù)式壓縮機(jī)氣體管道振動(dòng)分析及消振方法［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2007（7）:1309-1312.

［3］戴新西，賀運(yùn)初，王大勇.大型往復(fù)壓縮機(jī)異常振動(dòng)原因分析及處理［J］.石油和化工設(shè)備，2006.（3）:26-29.

［4］褚衛(wèi)彬.超高壓往復(fù)壓縮機(jī)填料密封失效原因分析及措施［J］.天津大學(xué)，2009.

［5］鄭祥龍，金明.壓縮機(jī)活塞與十字頭垂直同心度的檢測(cè)和調(diào)整［J］.石油機(jī)械，2000，28（5）:22-25.

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45