L60-1.5型煤氣壓縮機氣缸故障原因分析及改造

白玉花

(山西大同大學工學院,山西省大同市,037001)

1 概況

大同煤礦集團煤氣廠在城市煤氣聯產5萬t/a甲醇工程設計時,將廠內原有的5000 m3濕式氣柜用作甲醇原料氣的貯存和緩沖柜。甲醇正常生產時原料氣的需求量為6000 m3/h,5000 m3濕式氣柜不僅容量小,而且上下升降范圍小,緩沖能力差。為保證甲醇生產的穩定,2007年3月將廠內1臺5萬m3濕式氣柜改為緩沖柜,運行后大大改進了緩沖柜的緩沖能力,增大了氣柜的調峰能力,使供甲醇生產的煤氣流量穩定,甲醇生產達到投產以來的最高產量,在甲醇生產的節能降耗中也取得了較好的經濟效益,實現了預期的目標。

5萬m3濕式氣柜未改造前,濕柜、干柜作為城市煤氣共同的貯氣柜,兩者通過管道連通,高峰時兩柜同時為壓縮機提供氣源。5萬m3濕柜改為緩沖柜后,原有的濕柜進出口管道通過閥門與濕柜斷開,濕柜退出城市煤氣運行系統,干柜作為城市煤氣的唯一貯氣柜單獨運行。炭化車間產出的煤氣經凈化后,全部進入干柜,壓縮機進口所需的煤氣均由干柜出口管供應。濕柜改為緩沖柜后,運行一直平穩,可從2007年5月一加壓站壓縮機在不長的時間內連續出現10多次聲音異常、缸體運行故障等事故,同時高峰供氣時進口管道也經常出現負壓的現象。

在維修中發現L60-1.5型煤氣壓縮機每次都是活塞、十字頭和缸體嚴重損壞,且每次缸體都有進水現象,缸體進水是壓縮機損壞的主要原因。

出現連續的壞機故障,壓縮機維修次數增加,造成高峰供氣不足,甚至脫壓,使生產的煤氣不能正常壓送到用戶,不僅增加了輸送壓力和運行費用,也給安全生產、正常供氣帶來了隱患。

2 壓縮機故障產生的原因

2.1 L60-1.5型煤氣壓縮機的工作原理

在活塞式壓縮機中,壓縮煤氣是依靠活塞在汽缸內做往復運動來實現的。活塞式壓縮機工作原理示意圖如圖1所示。

當活塞2向右移動時,氣缸中活塞左端的壓力略低于低壓燃氣管道內的壓力時,吸氣閥門被打開,燃氣在大氣壓力的作用下進入氣缸內,這個過程稱為吸氣過程;當活塞返行時,吸入的燃氣在氣缸內被活塞壓縮,這個過程稱為壓縮過程;當氣缸內燃氣壓力被壓縮到略高于高壓燃氣管道內壓力后,排氣閥8即被打開,被壓縮的燃氣排入高壓燃氣管道內,這個過程稱為排氣過程。至此,壓縮機完成了一個工作循環。

圖1 活塞式壓縮機工作原理示意圖

2.2 故障產生的原因

壓縮機正常運行,進口管內和缸體內是嚴格禁止進水的。壓縮機通過活塞的往復運動,將煤氣加壓后送往輸配管網。由于活塞是在缸體內高速運行的,兩者相互摩擦,必須不斷通過水套和添加潤滑油進行潤滑降溫,潤滑油通過潤滑減小摩擦,保護活塞與缸體,而氣缸內進水后,由于水的壓縮比非常小,而活塞與缸蓋之間的死點間隙僅2～3 mm,因此氣缸一旦進水,就會出現相當于活塞與缸蓋的撞缸事故,輕則損壞活塞、活塞桿和十字頭,重則會撞壞缸體,可能發生機毀人亡的重大事故。給氣缸內加壓進行檢修,發現水套并未損壞漏水,缸體和出氣管內有積水,進而檢查進口管內也有積水,水套未損壞,進口管內有水,說明水是在管道里的。

從炭化車間出來的高溫煤氣經過初冷、洗氨、脫硫等一系列的凈化工藝后,煤氣中大部分焦油、水分、雜質都被除去,但仍有部分水分存在,在煤氣不斷輸送中隨著管線的加長逐漸冷凝下來聚集在管道中。為防止冷凝液的聚集,在管道的最低點都設有凝水缸,凝水缸的作用是收集管道煤氣中的冷凝液,并將其收集在一起后定期由抽水車集中抽走,如不及時抽走,就會越來越多,減少管道的有效橫截面積,減少單位截面煤氣的流量。尤其是在管道的較低處聚集,更會影響煤氣的輸送。高峰供氣時壓縮機進口管道經常出現負壓的現象,說明干柜出口管的煤氣流量不足,干柜出口DN800的管道經理論計算,完全可以滿足高峰時供氣要求,流量不足說明管道可能有冷凝水積聚,使得管徑變小,影響了煤氣的輸送。

干柜出口的最低點設有凝水缸管并且定期抽水,抽水工作是由管線所負責的,通過對抽水情況進行了解,我們了解到改造后凝水缸的水比原來少了許多,有時甚至沒有水。

通過查閱圖紙和實地勘察,我們發現干柜出口與濕柜出口的連通管發生了下沉,原來的最低點凝水缸處已不是最低點,冷凝水在連通管道的最低點凝結,集中不到凝水缸內,管內水不能排出,不斷積聚使得煤氣管道的有效直徑變小。原先濕柜的出口煤氣管道為DN500的焊管,干柜出口管道為DN800的焊管,兩者同時供氣時干柜出口管煤氣流量不大,積聚在管道的冷凝水影響不大,所以看不出異常。干柜單獨運行后,連通管成了輸送煤氣的唯一管道,煤氣中的冷凝水積聚于新的低點而無法進入凝水缸,積聚的冷凝水占據了有效管徑,使得流量減小,當高峰供氣時,煤氣需求量增大,使得壓縮機進口煤氣量供不應求,減小了流量,使得進口形成負壓,同時高峰時隨著煤氣量的增加,會將管道內積聚的冷凝水不斷帶出,隨煤氣一起進入壓縮機內,造成了壓縮機的損壞。

3 改造方案

我們在下沉點鉆孔檢查中發現有大量的冷凝水,這驗證了我們的判斷是對的,問題的原因找到了。為解決這一問題,我們提出了在最低點加裝凝水缸從而放空連通管段的冷凝水,將原有濕柜進氣管與出氣管連接起來,形成雙線供氣來增加煤氣量的方案。在新的最低點加裝凝水缸,使連通管內的冷凝水進入凝水缸,增加連通管的有效管徑,避免高峰供氣時冷凝水隨煤氣一起進入壓縮機內,造成壓縮機的損壞;將原濕柜的進出口管道利用起來,將其進出口管連通,同時為防止連接管中有新的冷凝水,在連通處的最低點加裝水封,及時放出連通管道內可能積存的水,使干柜出口管單線供氣,變為雙線供氣,不僅增加煤氣的供應管徑,減輕高峰時段干柜出口管的負擔,也是為適應今后煤氣用戶和煤氣量不斷增加的需要。通過論證此方案簡單可行,經過10 d的施工,于2007年12月25號完工,此后壓縮機一直運行平穩,檢查進氣管沒有發現水,同時進氣管沒有再出現負壓的現象,說明這種方法、措施是完全正確的。改造方案示意圖見圖2。

圖2 改造方案示意圖(虛線部分為改道新加凝水缸及管線)

4 結論

通過這次攻關,不僅有效地利用了原來濕柜閑置的進出口管道,使高峰時段干柜出口煤氣有效地進行了分流,減少了高峰用氣量大時的供氣壓力,而且避免了管道內冷凝水進入壓縮機,使壓縮機正常運行,延長了壓縮機的使用壽命,積累了壓縮機運行的經驗,為廠節約了大量的設備費用和維修費用,更為重要的是保證了安全生產,保證了正常連續供氣,維護了社會的穩定。

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[2] 姜海申.無油煤氣加壓機常見的問題及處理方法[J].金屬世界,2008(4)

[3] 付寧.淺談壓縮機的故障原因及對策[J].科技創新導報,2008(23)