新氫壓縮機低排量工況下提高易損件使用壽命的方法①

孟慶宇 王建锃 張 萌

(大慶煉化公司煉油一廠)

新氫壓縮機低排量工況下提高易損件使用壽命的方法①

孟慶宇 王建锃 張 萌

(大慶煉化公司煉油一廠)

為了提高大型往復式壓縮機中易損件的使用壽命，采用優選質量更高、可靠性更強的活塞環、支撐環和改進操作技術雙結合的方法。結果表明：此方法確實達到了在低流量工況下保證壓縮機機組能夠長時間運行的效果。

壓縮機 活塞環 支撐環 使用壽命

大慶煉化公司煉油一廠1 700kt/a柴油加氫裝置，由于現階段市場對國Ⅳ柴油的需求量趨于飽和，本裝置未進行滿負荷生產，因此應用于生產需要的新氫壓縮機機組也只能在低于設計流量1/3的工況下運轉。壓縮機機組在低流量工況下運轉時，對壓縮機的易損件(活塞環和支撐環)的磨損極大。往復式壓縮機通常用支承環減小氣缸套磨損，避免活塞與氣缸接觸帶來的損害，一旦支承環嚴重磨損或斷裂很容易發生拉缸乃至活塞桿斷裂的惡性事故[1]。針對這一現象，劉智勇等從密封結構設計、材料選取等方面提出了提高活塞環使用壽命的有效方法[2]。由于本機組在特殊工況下工作，既要保證生產運行的需要，又要保證機組的長周期運行，因此筆者從材料的選取和操作方法上進行了分析和研究。

1 易損件在原有操作條件上的使用壽命

為了倡導節能、環保的理念，柴油加氫裝置引進了一臺四缸三級壓縮的MW-28.7/(10-90)-X/1338A型機組，并在進氣閥上配備了賀爾碧格無極變量調節器，由于本機組在低流量、入口壓力不穩定的工況下工作，無法投用自動控制，因此，日常操作中采用手動控制各級無極變量調節器負荷結合各級出口返回入口線控制閥保持一定開度且固定不動的方式進行調節。以新氫壓縮機機組維

持出口排量4 100Nm3/h、出口壓力7.2MPa這一工況為例，傳統的操作方式為：一級無極變量調節器負荷41%，出口返回入口線控制閥開度38%；二級無極變量調節器負荷39%，出口返回入口線控制閥開度5%；三級無極變量調節器負荷31%，出口返回入口線控制閥開度15%。當裝置的操作壓力和新氫流量有變化時，再手動調節各級無極變量調節器負荷以滿足生產上的需要。三級氣缸的活塞直徑最小、缸壁最厚、進氣量最小，所以三級缸活塞環和支撐環最易磨損。筆者以三級氣缸為研究對象，將三級活塞桿下沉位移(位移量不大于0.5mm)在線監測數據列于表1。

表1 三級活塞桿下沉位移在線監測數據

分析表1數據可知：原本使用的由德國賀爾碧格公司生產的活塞環和支撐環在上述操作條件下，當使用至第22天左右時活塞桿的下沉位移較大，平均值已經接近報警值。判斷活塞環和支撐環的磨損較大，此時為了防止出現拉缸現象，應及時拆缸檢查。通過拆缸檢查發現活塞環確實受到較大程度的磨損，已減薄了0.9mm。這種操作方法能夠做到滿足裝置生產的正常需要，也可以在一定程度上節能，但是由于各級氣缸的進氣量偏低，尤其是二、三級氣缸內沒有足夠的流動氣量，無法形成活塞和氣缸內壁之間的“氣墊”，活塞受到的托舉力不足，因此導致活塞下沉過度造成活塞環和支撐環的磨損加劇而無法保證機組的安穩運行。

2 提高易損件使用壽命的方法

2.1優選易損件

優選易損件的實施方案：將原本使用的由賀爾碧格公司生產的活塞環和支撐環替換成由無錫壓縮機廠生產的質量更高、可靠性更強的活塞環和支撐環，并在原有操作條件下使用，觀察其使用壽命。更換易損件后三級活塞桿下沉位移在線監測數據見表2。

表2 三級活塞桿下沉位移在線監測數據

分析表2數據可知：更換了活塞環和支撐環后，使用壽命確實得到了改善，在原有操作條件不變的情況下，活塞桿下沉位移達到之前同種程度時，使用壽命延長了接近3周左右的時間。同樣為防止出現拉缸現象，需要進行拆缸檢查。通過實際測量發現，更換易損件后活塞桿下沉位移達到與之前同種程度時，活塞環減薄1.0mm，使用壽命延長3周左右。

這種優化的選擇，省時省力、效果極佳，不但延長了機組正常運轉的時間，而且節約了活塞環和支撐環的使用成本。可見這些原本被國外壟斷的易損件制造行業，如今國產化的產業在逐步興起，在技術、質量方面毫不遜色。雖然在材料本身的屬性和可靠性方面取得了突破，使低流量運轉的壓縮機易損件的使用壽命得到一定程度的提高，但仍不能滿足機組的長時間正常運行，還需要近一步調整操作技術。

2.2調整操作技術

使用高負荷運轉、大流量返回的操作技術來提高易損件的使用壽命。針對這一工況，通過觀察摸索，可知操作原則是適當提高各級無極變量調節器負荷并保持不變，通過調節各級出口返回入口線控制閥開度的方式來調整機組的工況。同樣以新氫壓縮機機組維持出口排量4 100Nm3/h、出口壓力7.2MPa這一工況為例，新的操作方法為：一級無極變量調節器負荷54%，出口返回入口線控制閥開度60%；二級無極變量調節器負荷58%，出口返回入口線控制閥開度12%；三級無極變量調節器負荷59%，出口返回入口線控制閥開度47%。當裝置對操作壓力和新氫流量有變化時，再手動調節各級出口返回入口線控制閥開度以滿足生產上的需要。在機組采用無錫壓縮機廠生產的活塞環和支撐環的前提下，實施這種操作方法后，活塞桿(以三級活塞桿為例)下沉位移在線監測數據見表3。

表3 三級活塞桿下沉位移在線監測數據

從表3的數據可以看出，在6個月的時間里，活塞桿的下沉位移狀況都處于良好的狀態，沒有磨損發展的趨勢，而且裝置在工藝調節方面也不再被新氫壓縮機排氣量低的問題所困擾，關閉了前期為保證新氫壓縮機排量而人為打開的廢氫排放線，全天可少排循環氫氣24 000Nm3。通過取得的這些成效，可知這種操作方法能夠適應并滿足裝置和新氫壓縮機機組長期安穩運行。分析其原因如下：通過提高各級無極變量調節器的負荷，可以提高各級氣缸進氣量，保證缸體內有充足的氣體被做功[3]，更好地在活塞環外圓周面與氣缸套內壁間形成足夠剛度的“氣墊”，使活塞獲得了一個足夠強的向上浮力，減緩活塞環與支撐環的磨損。通過增大返回線的開度，即減小排氣管網的壓力，又因為缸內氣量較大，所以致使活塞對外做功減小，不但減小了氣體對活塞環徑向和軸向的壓力，減輕了活塞環與氣缸套內壁和槽壁的磨損，而且通過一段時間的統計可知機組的耗電量沒有明顯的增加。

3 結束語

針對本機組入口流量低、入口壓力波動的工況，結合賀爾碧格的工作原理，采取優選易損件和改進操作技能雙結合的創新方法，解決了本機組低流量工況下不能長時間正常運轉的這一難題，這一技術的實施，不僅給生產的平穩性帶來了福利，而且也節約了勞動成本和材料的使用成本，為今后有同樣情況的生產裝置提供了寶貴的經驗。

[1] 馬晉，江志農，高金吉.基于活塞桿軸心位置軌跡的往復壓縮機故障診斷技術研究[J].振動工程學報，2012，25(4)：453～459.

[2] 劉智勇，戴曉洲，范吉全.提高無油潤滑活塞環使用壽命的研究[J].化工機械，1999，26(2)：95～96.

[3] 高霞.無極量調節在壓縮機中的應用[J].石油化工自動化，2008，44(5)：86～88.

孟慶宇(1985-)，工程師，從事煉油化工企業設備管理工作，a304673580@163.com。

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