丙烯壓縮機(jī)故障分析與整改措施

常 亮

（中海油氣（泰州）石化有限公司，江蘇泰州 225000）

0 引言

中國(guó)石化某公司14萬(wàn)t/a聚丙烯車間丙烯壓縮機(jī)PK301是迷宮密封活塞式壓縮機(jī)，是國(guó)產(chǎn)化的第一套丙烯循環(huán)氣壓縮機(jī)。由無(wú)錫壓縮機(jī)有限公司生產(chǎn)，型號(hào)ZW-28.33/0.5-19，位號(hào)PK301A/B，一用一備，技術(shù)參數(shù)見表1。主要工作介質(zhì)為含有少量TEAL和烴類的丙烯混合氣。在聚合工藝中，PK301壓縮來(lái)自F301的丙烯混合氣，提高壓力返回聚丙烯高壓洗滌塔T301進(jìn)行循環(huán)利用，是聚丙烯節(jié)能降耗的關(guān)鍵所在，壓縮機(jī)的正常運(yùn)行是裝置降低運(yùn)行成本的保障之一。

PK301A/B自首次開工運(yùn)行以來(lái)，經(jīng)常出現(xiàn)曲軸箱油位消耗快、中體帶液和潤(rùn)滑油粘度下降、油壓差降低現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備經(jīng)常性停車和更換潤(rùn)滑油（高熔脂幾乎一天一換），嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn)，造成丙烯無(wú)法回收利用。

表1 丙烯壓縮機(jī)操作與技術(shù)數(shù)據(jù)

1 設(shè)備概況

壓縮機(jī)型號(hào)ZW-28.33/0.5-19，主機(jī)屬于氣壓密封迷宮式活塞壓縮機(jī),需經(jīng)2級(jí)壓縮至所需的壓力。活塞無(wú)油潤(rùn)滑，并不接觸氣缸。曲軸傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑使用長(zhǎng)城L-DAB 150潤(rùn)滑油。壓縮機(jī)上的壓力表可測(cè)出工藝氣體壓力。

從壓縮機(jī)到電機(jī)的不均勻載荷通過飛輪的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量補(bǔ)償，在飛輪側(cè)有軸封，可防止油和工藝氣體泄漏到環(huán)境中。潤(rùn)滑油泵可由曲軸直接驅(qū)動(dòng)，將潤(rùn)滑油從油箱輸?shù)剿休S承。

連桿把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，由十字頭、導(dǎo)向軸承帶動(dòng)活塞桿上下運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向軸承頂部的刮油環(huán)可防止中間體進(jìn)油（圖1）。活塞桿刮油環(huán)流出的潤(rùn)滑油流經(jīng)曲軸箱孔后流回油箱，活塞桿上部裝有一擋油環(huán)，用來(lái)阻擋泄漏的潤(rùn)滑油。

圖1 迷宮壓縮機(jī)原理

壓縮機(jī)氣缸與活塞間、活塞桿與密封填料間均采用非接觸式迷宮密封，不僅排氣無(wú)油，而且氣缸內(nèi)不產(chǎn)生任何粉塵磨屑，對(duì)壓縮介質(zhì)無(wú)任何污染。由于無(wú)活塞環(huán)，壓縮機(jī)對(duì)介質(zhì)中含有的少量固體顆粒物不敏感。另外，從活塞桿密封泄漏的氣體通過外部管線，又被輸送回一級(jí)入口。PK301共有氣閥20只,其中一級(jí)入口8只,一級(jí)出口8只,二級(jí)出入口各2只,入口氣閥都有頂閥器,可控制壓縮機(jī)流量為3擋,分別為0%，50%，100%。同時(shí)，壓縮機(jī)二級(jí)出口有一個(gè)旁路，出口氣體中有25%的流量經(jīng)旁路控制閥和旁路冷卻器后返回一級(jí)緩沖罐入口，實(shí)現(xiàn)流量75%～100%的連續(xù)調(diào)節(jié)。

2 設(shè)備及工藝流程

丙烯壓縮機(jī)附屬設(shè)備包括入口過濾器、一級(jí)入口緩沖罐D(zhuǎn)307、一級(jí)出口緩沖罐D(zhuǎn)308、級(jí)間冷卻器E306、二級(jí)入口緩沖罐D(zhuǎn)309、二級(jí)出口緩沖罐D(zhuǎn)310、相應(yīng)閥門、管線及控制系統(tǒng)。工藝流程（圖2）：丙烯混合氣經(jīng)F302過濾后進(jìn)入T302，通過T302中的洗滌油洗滌掉丙烯中的TEAL后進(jìn)入D304，通過D304的絲網(wǎng)除沫器分離掉丙烯中的烴油，然后經(jīng)過壓縮機(jī)進(jìn)口過濾器進(jìn)入D307，經(jīng)二級(jí)壓縮后進(jìn)入T301，通過PIC341控制壓縮機(jī)入口壓力。

圖2 PK301機(jī)組流程

3 故障現(xiàn)象

（1）正常生產(chǎn)中，PK301各參數(shù)運(yùn)行正常，曲軸箱潤(rùn)滑油油位下降迅速，幾天就到達(dá)紅線1/3以下。拆機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)中間體帶液較嚴(yán)重。

（2）每次生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品 Z30S（22～28）g/10 min，壓縮機(jī)潤(rùn)滑油壓從0.45 MPa下降到0.2 MPa（油壓低報(bào)聯(lián)鎖值）僅用1d時(shí)間，潤(rùn)滑油油壓差下降超快，停機(jī)檢查曲軸箱發(fā)現(xiàn)油位上漲了1/3，分析曲軸箱內(nèi)的潤(rùn)滑油（長(zhǎng)城 L-DAB 150）結(jié)果顯示運(yùn)動(dòng)黏度從150 mm2/s下降到39 mm2/s，潤(rùn)滑油含有烴油成分。

4 原因分析

4.1 活塞桿刮油環(huán)運(yùn)行效果差

機(jī)組在運(yùn)行過程中，十字頭和導(dǎo)向軸承帶動(dòng)活塞桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，曲軸箱中的潤(rùn)滑油附著在活塞桿上，導(dǎo)向軸承頂部的刮油環(huán)可防止活塞桿帶油中間體。活塞桿上部裝有一擋油環(huán)，作為阻擋從刮油環(huán)泄漏出的少量潤(rùn)滑油的最后屏障。活塞桿刮油環(huán)刮出的潤(rùn)滑油大部分流經(jīng)曲軸箱孔后流回油箱,少量的油通過加強(qiáng)筋通到導(dǎo)向軸承中部油槽中,但由于導(dǎo)向軸承和活塞桿的精密配合,使?jié)櫥秃茈y順暢地通過導(dǎo)向軸承回流到曲軸箱中，容易造成刮油室內(nèi)積存過多的潤(rùn)滑油，一旦積存的潤(rùn)滑油位高到能浸泡全部刮油環(huán)時(shí)，刮油環(huán)的刮油作用就基本喪失，刮油室內(nèi)的潤(rùn)滑油將漫出刮油腔而進(jìn)入到中體。刮油環(huán)示意見圖3。

因此得出，（1）機(jī)組內(nèi)部刮油環(huán)安裝質(zhì)量差，刮油效果不理想；（2）導(dǎo)向軸承回油孔孔徑較小且數(shù)量少，導(dǎo)致潤(rùn)滑油沒有回流到曲軸箱，長(zhǎng)期運(yùn)行，曲軸箱中油位下降迅速，潤(rùn)滑油都隨著活塞桿竄至中間體，曲軸箱油位低，中間體拆開有大量潤(rùn)滑油的現(xiàn)象。

4.2 丙烯中的烴油和油霧串入曲軸箱

在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時(shí)，潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度下降超迅速。壓縮工藝氣體中含有大量的烴組分，且C5+（C5以上的組分）組分比其它公司的高，此類成分在丙烯原料中不存在，可以肯定為聚合反應(yīng)中產(chǎn)生。C5+（C5以上的組分）組分，在壓縮機(jī)中間壓力和溫度工況下（0.5 MPa,40 ℃），形成液態(tài)烴油，丙烯中的烴油和油霧無(wú)法及時(shí)排出，通過中間體串入到曲軸箱，污染并稀釋潤(rùn)滑油，使得潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)黏度降低，油壓差下降，被迫停機(jī)換油。另外，烴油稀釋潤(rùn)滑油，造成潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑部件處形成不了油膜，對(duì)運(yùn)動(dòng)件（軸瓦、十字頭等）也會(huì)造成巨大損壞。

圖3 刮油環(huán)示意圖

5 整改措施

（1）更換刮油環(huán)，改善刮油效果，同時(shí)在導(dǎo)向軸承上增加2個(gè)Φ8 mm回油孔，確保活塞桿從曲軸箱中帶出的潤(rùn)滑油及時(shí)通過回油孔進(jìn)入回油管線，返回至曲軸箱。在活塞桿填料密封處增加了2個(gè)刮油環(huán)，并且在中間體側(cè)蓋底部加3條排油管，并保持小開度連續(xù)性排油，使活塞桿帶進(jìn)中體的潤(rùn)滑油和氣缸中竄過來(lái)的泄露工藝氣體中所含烴類凝結(jié)油，都能通過中間體排放線及時(shí)排走。

改造后，機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間，停機(jī)檢查中間體沒有積油，說(shuō)明刮油環(huán)更換后，刮油效果有了明顯好轉(zhuǎn)；潤(rùn)滑油位幾乎沒有下降，說(shuō)明潤(rùn)滑油回油量有足夠保證。

（2）刮油環(huán)和中體排油管線改造后，曲軸箱潤(rùn)滑油油位得以保證，但是在生產(chǎn)高熔指產(chǎn)品時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑油油壓差快速降低的問題。為解決C5+成分多的問題，把聚合反應(yīng)的密度從560 kg/m3提到570 kg/m3。分析數(shù)據(jù)顯示，壓縮組分的丙烯含量提高，C5+的組分有所減少，但對(duì)潤(rùn)滑油使用工況改善的效果不明顯。

（3）為解決潤(rùn)滑油黏度降低的問題，公司各相關(guān)部門聯(lián)合檢查，共同出謀劃策對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了多處改造：①在中體側(cè)蓋底部加排油管，排走進(jìn)入中體的烴油；②在填料密封處，加刮油環(huán)，并引管線把刮下的油排走；③在生產(chǎn)方面，調(diào)整聚合反應(yīng)密度，減少碳五以上物資（C5+）的產(chǎn)生；④縮短壓縮氣洗滌塔T302的洗滌油更換周期，提高洗滌效果；⑤把活塞的迷宮密封填料改接觸式密封填料，以減少壓縮腔的烴油進(jìn)入曲軸箱；⑥使用其他的抗稀釋能力更好的壓縮機(jī)油。前4項(xiàng)改造都沒有取得突破性的進(jìn)展，將PK301B活塞的迷宮密封填料改接觸式密封填料，以減少壓縮腔的烴油進(jìn)入曲軸箱，密封填料改造后，丙烯壓縮機(jī)組運(yùn)行溫度稍有上升，采取降低吹掃丙烯氣溫度的方法，機(jī)組運(yùn)行溫度正常。改造后，PK301B在生產(chǎn)高熔指Z30S時(shí)運(yùn)行換油時(shí)間延長(zhǎng)至超過5 d，生產(chǎn)其他較低熔指牌號(hào)的產(chǎn)品時(shí)，能長(zhǎng)期運(yùn)行。但在生產(chǎn)過程中，存在一個(gè)負(fù)面影響，由于接觸式密封在長(zhǎng)期運(yùn)行中摩擦有損耗，會(huì)有一些黑色石墨粉進(jìn)入工藝氣體中，對(duì)氣閥造成損害，至于黑色石墨粉對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，暫在生產(chǎn)中還沒有體現(xiàn)出來(lái)。而后，PK301A更換使用美孚格高超級(jí)合成潤(rùn)滑油，油壓差一直保持0.83 MPa左右，運(yùn)行14 d，生產(chǎn)V30G，油壓差幾乎沒有變化。與使用長(zhǎng)城L-DAB150時(shí)相比，長(zhǎng)周期運(yùn)行得到更好的保障。

6 結(jié)語(yǔ)

丙烯壓縮機(jī)PK301是聚丙烯裝置聚合物低壓脫氣回收單元的關(guān)鍵設(shè)備，需保證機(jī)組安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。通過一年時(shí)間對(duì)PK301進(jìn)行了多項(xiàng)整改措施，發(fā)現(xiàn)更改接觸式填料密封和更換抗稀釋性能力強(qiáng)的合成油具有良好的效果。實(shí)踐證明。采取以上兩項(xiàng)措施后，壓縮機(jī)更換潤(rùn)滑油的次數(shù)大大減少，為確保裝置安全平穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行做出了較大貢獻(xiàn)。