循環氣壓縮機PK30301故障原因分析及對策

王旭峰(中石化鎮海煉化分公司，浙江 寧波 315100)

0 引言

鎮海煉化30萬噸/年聚丙烯裝置自2010年11月投產后，循環氣壓縮機PK30301運行狀態不平穩，振動波動大，介質帶粉和帶液嚴重，經常因振動高聯鎖停機。雖然機組設置A/B兩臺互為備用，但故障嚴重時兩臺機組同時檢修，5 T/H 的低壓丙烯無法回收，只能直排火炬燃燒，不僅造成較大經濟損失，且易造成環境污染。

1 低壓丙烯回收系統簡介

1.1 工藝流程簡介

聚丙烯粉末從閃蒸罐D30301中出來進入過濾器F30301，實現聚合物和丙烯單體分離，聚合物從下進入汽蒸罐D30501。氣體從上離開過濾器，先經安全過濾器F30302，再在洗滌塔T30302中用白油和ATMER163/YG918的混合物進行洗滌，去除夾帶的TEAL和細粉。泵P30304維持油在T30302中循環，塔頂冷卻器E30304將循環氣冷卻到40～50 ℃，進入過濾器F30303再過濾夾帶的細粉，最后經過分離器D30304進入壓縮機[1]，流程如圖1所示。

圖1 低壓丙烯回收系統流程圖

1.2 壓縮機簡介

PK30301是回收單元的關鍵設備，型號：4K165-2K-1，為立式二級四列迷宮密封的往復壓縮機，由江蘇無錫壓縮機股份有限公司生產，功率561.5 kW，轉數742 r/min，流量3 000 m3/h，流程如圖2所示。壓縮機安裝有進氣閥卸荷裝置(氮氣無風卸荷)，對氣量進行0—50%—100%分檔調節，0%只用于啟動。壓縮機從出口側到進口側設置了一個 “二回一”旁路氣動調節閥，此調節閥由設置在壓縮機一級入口側的壓力變送器控制，用以滿足壓縮機氣量75%～100%之間連續運行要求。

圖2 PK30301流程圖

2 主要故障現象

2.1 帶液嚴重

壓縮機檢修后運行1個多月，振動逐漸上升，且波動幅度較大，停機拆檢一級入口緩沖罐D30307和一級出口緩沖罐D30308內有較多油液，閥座及流道內油狀物較多。

2.2 氣閥有黑色聚合物結塊

氣閥溫度尤其是二級出口氣閥溫度上升明顯，接近聯鎖報警值，氣閥臟、壽命短，上面有較多黑色發粘的聚合物。活塞抽出檢查后發現活塞上下面有較多粘結物，影響上下止點間隙，嚴重時會導致活塞撞缸。

2.3 帶粉嚴重

活塞和氣閥帶白粉，機組開起后6 h振動從2.5 mm/s到3.5 mm/s(正常運行2.5 mm/s左右)，振動高停機檢修。二級排氣閥室及排氣閥有較多白色粉末，二級一列活塞底部較臟，有較多白色粉末，活塞下止點間隙幾乎到零。

3 循環氣壓縮機PK30301故障原因分析

PK30301不能長周期平穩運行，故障率高，總結故障現象和原因，主要是：壓縮機輸送介質中帶液造成“液擊”或帶粉末結塊，造成振動和氣閥溫度異常上升，從而導致振動高或者二級出口氣閥溫度高聯鎖停機。

3.1 壓縮機帶液嚴重

壓縮機夾雜帶液有兩種情況：一是T30302洗滌后的循環氣中有較多白油，且經過F30303和D30304都未分離干凈，最后帶入壓縮機，造成出、入口緩沖罐和氣閥室內帶油，活塞高速運轉時形成“液擊”，導致振動波動大，一部分油可能會通過填料竄入隔離腔和曲軸箱，導致潤滑油遭受污染，油質變差，濾網堵塞、油壓降低，甚至機械密封泄漏；二是刮油環長時間使用后未及時更換，刮油效果變差，曲軸箱內潤滑油沿著活塞桿進入壓縮機間隔腔，沒有返回曲軸箱。

3.1.1 T30302洗滌后循環氣帶油嚴重

T30302內洗滌液使用時間變長，含有的TEAL 和粉末增多，洗滌的效果會變差，帶到后系統的TEAL就會變多。洗滌塔的白油回流量大，溫度高，氣體帶油較多；反之，氣體帶粉較多[2]。溫度是通過塔頂冷卻器E30304來冷卻降低，換熱器是U形管換熱器，使用時間長后管束外會粘結白色粉末，換熱效果變差，因此一個大修周期后，換熱器都要拆檢并機械清洗。T30302 的洗滌效果，通過調整油回流量、溫度、鋁含量、更換頻次、降低反應單元的TEAL量即T/D比等措施來改善。

3.1.2 曲軸箱內潤滑油竄入間隔腔內

壓縮機是立式結構，運行時潤滑油潤滑主軸瓦、連桿大頭瓦，再經過小頭瓦和十字頭，最后回落到油池。刮油環可將活塞桿上潤滑油刮下，避免潤滑油進入隔離腔。壓縮機長久運行會因刮油環失效、回油孔堵塞導致潤滑油回流不暢，存留在隔離腔內，甚至進入氣缸造成“液擊”，同時曲軸箱油位降低。通過持續觀察油位發現一直保持平穩，故可排除氣缸內帶液是潤滑油進入的可能。壓縮機帶液主要原因是洗滌后循環氣夾帶白油進入壓縮機。

3.2 壓縮機帶粉嚴重

壓縮機帶粉有兩種可能：一種是過濾器F30301、F30302、F30303的濾芯同時泄漏，使得循環氣中夾帶的PP粉末進入壓縮機；另一種是壓縮機內細粉不是聚丙烯粉末，而是相似的鋁化合物。對于第一種情況經分析排除，原因如下：

F30301濾芯骨架是不銹鋼，濾網是金屬燒結氈，強度很大，不會輕易破損，且側面設置12個電磁閥，通入干凈丙烯氣定期吹掃濾芯，保證濾網不被粉末堵塞，使用壽命一般在一個大修周期以上。F30302用來過濾當F30301泄漏時循環氣內的粉末，運行時F30302壓差變大，就要考慮F30301 濾芯失效。在此期間，F30302壓差正常。

F30303是D30304入口過濾器，設置在T30302后，用來過濾循環氣中殘存的PP粉末。所以，從F30301到F30303的循環氣，需經過三個過濾器，PP粉末想進入壓縮機的可能性微乎其微。

對檢修下來的黑色聚合物取樣分析，里面鋁含量較高，推測是殘存的TEAL和氧氣反應附著在細粉表面，然后通過壓縮氣體夾帶進入機組后，在氣缸活塞和氣閥內積聚，隨后往復運動在高溫中形成的粘稠物質[3]。同時對白色粉末進行分析和用火灼燒，分析結果含鋁，表面發粘，且在火中不燃燒、不熔化，由于聚丙烯的熔點在165 ℃[4]左右，如果是聚丙烯粉末，應該會軟化、熔化，故粉末是宏觀形狀酷似聚丙烯粉末的鋁化合物[5]。因此，壓縮機帶粉是循環氣中未反應的TEAL所致。

4 改進措施

針對上面分析的各項原因，我們制定以下措施，用來解決PK30301 “帶粉帶油”問題。

4.1 改進檢修方案

壓縮機停車檢修時，要根據壓縮機運行狀況和氣閥、氣缸拆檢情況制定檢修方案，對D30307、D30309、壓縮機進出口管線及氣缸回一段入口管線清理，必要時用高壓水槍清理干凈，再用氣吹干，不能殘存任何盲點死區，且在投用前要分析露點合格。因為在生產時TEAL和水異常敏感，會生成固體粉末，其反應方程式如下：

故停機時做好檢修質量，并在置換吹掃時徹底排除系統中的水是保證機組長周期穩定運行的關鍵。

4.2 調整反應系統參數

根據聚丙烯生產時丙烯原料性質，調整聚合單元催化劑TEAL 的加入量。鋁烯比(AL/PR)由設計值0.15～0.25 kg/t 調整成了0.11～0.12 kg/t，從源頭上降低TEAL的含量，從而減少進入到T30302中的量。

4.3 調整洗滌塔運行維護指標

調整T30302 的工藝操作，摸索出最佳控制參數，定期換油，提高丙烯氣的洗滌效果。加強T30302白油中的TEAL量的分析頻次，降低TEAL的控制指標，一旦分析結果超標，馬上安排置換白油，將TEAL量降至合格。嚴格控制T30302液位，正常液位保持在最下面視鏡滿格和上紅線之間。將T30302液位低報由開關量改為模擬量，液位引入DCS以更精確控制T30302液位。壓縮機一級、二級入口緩沖罐加大排油頻次，每小時排油一次，避免氣閥帶油現象。

4.4 改造設備

除沫器D30304進行改造，將內件由原來的絲網除沫器結構改為內置靜葉分離器，有效降低白油通過率，降低白油帶入壓縮機可能。

5 結語

通過以上措施的實施，循環氣壓縮機PK30301運行時間大幅延長，從原來的1～2個月的運行壽命，延長到半年左右，大大提高了設備的運行時間，確保裝置的平穩運行，提高了生產效益。