高壓往復壓縮機柱塞振動、溫度異常原因分析及預防措施

韋性尊，姚　頤，姜偉吉（中國石油蘭州石化，甘肅蘭州730000）

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高壓往復壓縮機柱塞振動、溫度異常原因分析及預防措施

韋性尊，姚頤，姜偉吉
（中國石油蘭州石化，甘肅蘭州730000）

摘要：針對于蘭州石化高壓聚乙烯車間核心設備二次壓縮機C1202柱塞振動溫度多次發生異常波動，導致生產非計劃停車的問題，從超高壓往復壓縮機原理出發，從引起柱塞振動溫度異常波動的原因入手，分析了當前操作和維護存在的問題，并提出整改措施，以達到維持裝置長周期生產目的。

關鍵詞：往復壓縮機；潤滑；原因分析；預防措施

二次壓縮機C120Z由瑞士Burckhardt公司設計制造，機組采用10kV高壓同步電動機降壓啟動，電機功率18000kW，壓縮機能力為88T/H，為兩段8缸往復式壓縮機，采用對稱布置，分為兩線進料，每線每一段都有兩個汽缸，壓縮相等的物流，在壓縮機的第一段，進料氣體壓力由27.0MPa壓縮至125.0 MPa，在第二段壓力升到設定壓力（約260～290 MPa）。

二次壓縮機機組共設有3個潤滑油系統：外部油系統主要用于曲軸箱對曲軸主瓦及連桿大小頭瓦進行潤滑；冷卻沖洗油系統主要用于對高壓填料冷卻以及對低壓填料部位進行沖洗；內部油系統主要通過高壓注油器對每個汽缸柱塞進行潤滑和冷卻。

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

為了監測柱塞運行過程的直線度和同軸度，在每個柱塞水平和垂直方向各設置有一個振動探頭，對柱塞運行過程中水平、垂直方向的跳動進行監測，當振動值達到200μm時報警，400μm時裝置聯鎖停車；同時在柱塞底部設置有一個溫度探頭，對柱塞運行過程中柱塞表面溫度進行監測，70℃報警，75℃裝置聯鎖停車。

從開車運行至今，裝置多次發生因氣缸柱塞振動及溫度出現異常波動導致裝置觸發SP3A停聚合反應，二次機降壓循環或機組聯鎖停車。

1　壓縮機柱塞振動、溫度異常原因分析

1.1維修安裝出現誤差導致二次機振動及溫度異常［1］

對于二次壓縮機檢修更換填料時，需要清理柱塞表面，檢查柱塞的磨損情況和尺寸，符合標準后才能安裝，以保證柱塞和填料環尺寸匹配，安裝后要盤車打表檢查柱塞的水平和垂直方向跳動值小于0.05mm。對于檢修后首次開車，有時會出現柱塞震動、溫度的波動，這主要是新更換的高壓填料密封環為標準件是按照新柱塞的情況設計，而大多數情況下柱塞已運行一段時間，不可避免會出現磨損，這樣在運行過程中會出現柱塞和高壓填料密封環的異常磨損，從而導致柱塞振動、溫度異常波動。

1.2內部油油量不合理導致壓縮機柱塞振動、溫度異常波動

二次壓縮機內部油系統主要通過高壓注油器對每個汽缸柱塞進行潤滑和冷卻，一段每個汽缸設計有3個注油器，通過高壓填料杯上的通道對柱塞進行潤滑和冷卻，3個注油點沿柱塞軸向分布，徑向呈120°分布，如圖1所示。以保證柱塞全行程潤滑良好，二段汽缸設計有4個注油器，為保證柱塞端部潤滑良好（即3號注油點）該點采用2個注油器并聯，以防該點注油器故障后導致機組異常。每個注油器注油量可以根據該缸柱塞振動及溫度。

裝置二次壓縮機內部油使用的是殼牌E220（S3 PY220）礦物油，由國內同類設備經驗可知礦物油相對合成油來說潤滑性能稍差，日常注油量較大，實際運行過程中要經常檢查調節注油器，以保證柱塞潤滑良好，當內部油油量不足時會影響填料與活塞之間的油膜形成［2］，會導致活塞與填料之間接觸潤滑不足，而產生異常磨損，引起柱塞振動、溫度出現異常波動，當內部油量比較大時導致油膜厚度較大，柱塞阻力升高從而溫度增加。

圖1　注油點分布

1.3轉產以及開車過程中升壓過快導致二次壓縮機柱塞溫度及振動異常

二次壓縮機C1202的出口壓力會在裝置開車以及轉產的時候會發生改變，為了生產不同牌號的產品，通過調整脈沖閥，按照升壓曲線進行調整C1202的出口壓力。由于柱塞與高壓填料密封環之間間隙非常小（徑向0.10～0.2mm），高壓填料杯與密封環軸向間隙只有0.10～0.20mm，升壓的過程中被壓縮的氣體溫度升高，如果操作過程中升壓過快，會使得氣缸內部溫度急劇升高，由于氣缸內各構件材質不同，所以其受熱后形變量也會不同，從而極有可能會引起密封環在填料杯內卡死無法自由浮動，嚴重可能導致密封環與柱塞瞬間抱死，致使密封環斷裂，從而導致柱塞運行中不斷和損壞密封環接觸、摩擦，引起柱塞振動、溫度發生異常波動，導致填料泄漏量增大

1.4高壓填料異常導致柱塞振動、溫度波動異常

C1202壓縮機密封填料是采用平面填料，每個單元由兩塊平面填料構成一組密封元件，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，由于兩塊填料內徑與柱塞桿加工精度高，在彈簧預緊力作用下，接觸面產生真空效果，當氣缸內的高壓氣體通過氣缸側填料切口間隙進入小室，兩塊填料被高壓氣體壓緊在活塞桿上；而定位銷固定使徑向切口與斜切口錯開，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，被高壓氣體推向填料函密封面，堵塞密封單元內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，以便內緣磨損后能自動補償。

C1202壓縮機填料函用5組單元達到密封效果。該填料組件在軸向有3條內部潤滑油注入通道，分別向3個不同位置注入潤滑油，填料函組件裝在夾套中，有冷卻沖洗油循環冷卻，保證了由于摩擦產生的熱量及時由冷卻沖洗油帶走，達到控溫效果。如圖2所示。

圖2　填料函組件

首先，從工藝操作，排除了內部油、外部油、冷卻沖洗油優良和油質等方面的原因，在每次進行更換填料時，發現填料函周圍存在一部分低聚物［3］。從填料函結構來看，工藝運行過程中，供油量充足，油質良好的情況下，為了進一步解釋造成填料的異常磨損，我們從低聚物入手，查看低聚物是否對柱塞有影響

1）資料［4］表明：“低聚物在正常運行中會對填料和柱塞起潤滑作用，但是停車過程中，沒有摩擦熱和氣體壓縮產生的熱量，填料函中的高壓乙烯泄露節流膨脹，在填料函中產生制冷效果，冷凍后的低聚物像沙子一樣堅硬”。我們可以這樣推理，在下次開車的過程中，堅硬低聚物的粉末顆粒就像研磨劑一樣，加劇了柱塞對填料的磨損，從而縮短了填料的使用壽命。

2）從填料潤滑的原理分析，由注油器向填料函輸送的高粘度內部油，首先充滿填料函內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滑，超出量一方面向著十字頭方向流動，另一方面向氣缸方向流動。積聚在填料函中的低聚物占據填料函的間隙空間，粘度大，不易流動，造成填料函內部潤滑油存量顯著減少，潤滑效果下降；同時，堵塞填料函的徑向間隙，流動性差，組織氣缸吸氣過程中有氣體不能過填料環徑向間隙，高壓氣體不能通過填料環徑向間隙，高壓氣體必然沿著柱塞和填料表面向氣缸流動，從而將柱塞表面和填料間隙內的潤滑油帶走，再一次使得柱塞表面和填料的潤滑效果變壞，產生了嚴重的潤滑不足，加速密封填料的組件磨損。當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組開工時間的延長而完全喪失。

2　二次機氣缸柱塞振動及溫度異常解決方案

2.1固化檢修規程穩定檢修質量避免氣缸柱塞振動溫度異常［5］

在檢修安裝的時候需要對氣缸的填料，中心閥等進行檢查，核實配件的完好度，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，符合標準后才能安裝，以保證柱塞和填料環尺寸匹配，安裝后要盤車打表檢查柱塞的水平和垂直方向跳動值小于0.05mm，同時要檢查高、低壓填料的磨損情況，最好是同時更換一個汽缸的高低壓填料、柱塞和中心閥，對使用一段時間的柱塞返廠進行拋光處理，確保檢修質量。

2.2加強檢查調節注油器的工作質量來確保柱塞潤滑良好

由于柱塞溫度變化有滯后性，因此發現柱塞溫度上升時要高度重視，及時調節，如果柱塞溫度達到700℃時發生報警，此時才調節很有可能溫度仍持續上升從而達到750℃觸發連鎖而停車，因此要早發現，早調整。

3　總結

通過以上分析，可以看出引起超高壓往復式壓縮機柱塞振動、溫度異常波動的原因主要有4個因素，而這些因素又是相互作用，彼此影響，很難說某一個因素是起決定作用，大多數情況下是幾個因素共同作用，導致壓縮機柱塞振動、溫度異常波動，嚴重的導致高壓填料失效或裝置停車，因此，我們必須通過提高檢修質量，優化工藝操作，加強日常操作維護等措施來保證機組安穩長周期運行。

參考文獻：

［1］趙杰.超高壓往復壓縮機機體振動分析［J］.壓縮機技術（2008）1:15-18.

［2］樊長博.往復式壓縮機氣體管道振動分析及消振方法［J］.科學技術與工程，2007（7）:1309-1312.

［3］戴新西，賀運初，王大勇.大型往復壓縮機異常振動原因分析及處理［J］.石油和化工設備，2006.（3）:26-29.

［4］褚衛彬.超高壓往復壓縮機填料密封失效原因分析及措施［J］.天津大學，2009.

［5］鄭祥龍，金明.壓縮機活塞與十字頭垂直同心度的檢測和調整［J］.石油機械，2000，28（5）:22-25.

中圖分類號：TH45