循環(huán)氣壓縮機(jī)PK30301故障原因分析及對策

王旭峰(中石化鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江 寧波 315100)

0 引言

鎮(zhèn)海煉化30萬噸/年聚丙烯裝置自2010年11月投產(chǎn)后，循環(huán)氣壓縮機(jī)PK30301運(yùn)行狀態(tài)不平穩(wěn)，振動波動大，介質(zhì)帶粉和帶液嚴(yán)重，經(jīng)常因振動高聯(lián)鎖停機(jī)。雖然機(jī)組設(shè)置A/B兩臺互為備用，但故障嚴(yán)重時兩臺機(jī)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(jīng)濟(jì)損失，且易造成環(huán)境污染。

1 低壓丙烯回收系統(tǒng)簡介

1.1 工藝流程簡介

聚丙烯粉末從閃蒸罐D(zhuǎn)30301中出來進(jìn)入過濾器F30301，實(shí)現(xiàn)聚合物和丙烯單體分離，聚合物從下進(jìn)入汽蒸罐D(zhuǎn)30501。氣體從上離開過濾器，先經(jīng)安全過濾器F30302，再在洗滌塔T30302中用白油和ATMER163/YG918的混合物進(jìn)行洗滌，去除夾帶的TEAL和細(xì)粉。泵P30304維持油在T30302中循環(huán)，塔頂冷卻器E30304將循環(huán)氣冷卻到40～50 ℃，進(jìn)入過濾器F30303再過濾夾帶的細(xì)粉，最后經(jīng)過分離器D30304進(jìn)入壓縮機(jī)[1]，流程如圖1所示。

圖1 低壓丙烯回收系統(tǒng)流程圖

1.2 壓縮機(jī)簡介

PK30301是回收單元的關(guān)鍵設(shè)備，型號：4K165-2K-1，為立式二級四列迷宮密封的往復(fù)壓縮機(jī)，由江蘇無錫壓縮機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，功率561.5 kW，轉(zhuǎn)數(shù)742 r/min，流量3 000 m3/h，流程如圖2所示。壓縮機(jī)安裝有進(jìn)氣閥卸荷裝置(氮?dú)鉄o風(fēng)卸荷)，對氣量進(jìn)行0—50%—100%分檔調(diào)節(jié)，0%只用于啟動。壓縮機(jī)從出口側(cè)到進(jìn)口側(cè)設(shè)置了一個 “二回一”旁路氣動調(diào)節(jié)閥，此調(diào)節(jié)閥由設(shè)置在壓縮機(jī)一級入口側(cè)的壓力變送器控制，用以滿足壓縮機(jī)氣量75%～100%之間連續(xù)運(yùn)行要求。

圖2 PK30301流程圖

2 主要故障現(xiàn)象

2.1 帶液嚴(yán)重

壓縮機(jī)檢修后運(yùn)行1個多月，振動逐漸上升，且波動幅度較大，停機(jī)拆檢一級入口緩沖罐D(zhuǎn)30307和一級出口緩沖罐D(zhuǎn)30308內(nèi)有較多油液，閥座及流道內(nèi)油狀物較多。

2.2 氣閥有黑色聚合物結(jié)塊

氣閥溫度尤其是二級出口氣閥溫度上升明顯，接近聯(lián)鎖報警值，氣閥臟、壽命短，上面有較多黑色發(fā)粘的聚合物?；钊槌鰴z查后發(fā)現(xiàn)活塞上下面有較多粘結(jié)物，影響上下止點(diǎn)間隙，嚴(yán)重時會導(dǎo)致活塞撞缸。

2.3 帶粉嚴(yán)重

活塞和氣閥帶白粉，機(jī)組開起后6 h振動從2.5 mm/s到3.5 mm/s(正常運(yùn)行2.5 mm/s左右)，振動高停機(jī)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(diǎn)間隙幾乎到零。

3 循環(huán)氣壓縮機(jī)PK30301故障原因分析

PK30301不能長周期平穩(wěn)運(yùn)行，故障率高，總結(jié)故障現(xiàn)象和原因，主要是：壓縮機(jī)輸送介質(zhì)中帶液造成“液擊”或帶粉末結(jié)塊，造成振動和氣閥溫度異常上升，從而導(dǎo)致振動高或者二級出口氣閥溫度高聯(lián)鎖停機(jī)。

3.1 壓縮機(jī)帶液嚴(yán)重

壓縮機(jī)夾雜帶液有兩種情況：一是T30302洗滌后的循環(huán)氣中有較多白油，且經(jīng)過F30303和D30304都未分離干凈，最后帶入壓縮機(jī)，造成出、入口緩沖罐和氣閥室內(nèi)帶油，活塞高速運(yùn)轉(zhuǎn)時形成“液擊”，導(dǎo)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(dǎo)致潤滑油遭受污染，油質(zhì)變差，濾網(wǎng)堵塞、油壓降低，甚至機(jī)械密封泄漏；二是刮油環(huán)長時間使用后未及時更換，刮油效果變差，曲軸箱內(nèi)潤滑油沿著活塞桿進(jìn)入壓縮機(jī)間隔腔，沒有返回曲軸箱。

3.1.1 T30302洗滌后循環(huán)氣帶油嚴(yán)重

T30302內(nèi)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(tǒng)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(jié)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(jī)械清洗。T30302 的洗滌效果，通過調(diào)整油回流量、溫度、鋁含量、更換頻次、降低反應(yīng)單元的TEAL量即T/D比等措施來改善。

3.1.2 曲軸箱內(nèi)潤滑油竄入間隔腔內(nèi)

壓縮機(jī)是立式結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時潤滑油潤滑主軸瓦、連桿大頭瓦，再經(jīng)過小頭瓦和十字頭，最后回落到油池。刮油環(huán)可將活塞桿上潤滑油刮下，避免潤滑油進(jìn)入隔離腔。壓縮機(jī)長久運(yùn)行會因刮油環(huán)失效、回油孔堵塞導(dǎo)致潤滑油回流不暢，存留在隔離腔內(nèi)，甚至進(jìn)入氣缸造成“液擊”，同時曲軸箱油位降低。通過持續(xù)觀察油位發(fā)現(xiàn)一直保持平穩(wěn)，故可排除氣缸內(nèi)帶液是潤滑油進(jìn)入的可能。壓縮機(jī)帶液主要原因是洗滌后循環(huán)氣夾帶白油進(jìn)入壓縮機(jī)。

3.2 壓縮機(jī)帶粉嚴(yán)重

壓縮機(jī)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(huán)氣中夾帶的PP粉末進(jìn)入壓縮機(jī)；另一種是壓縮機(jī)內(nèi)細(xì)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(jīng)分析排除，原因如下：

F30301濾芯骨架是不銹鋼，濾網(wǎng)是金屬燒結(jié)氈，強(qiáng)度很大，不會輕易破損，且側(cè)面設(shè)置12個電磁閥，通入干凈丙烯氣定期吹掃濾芯，保證濾網(wǎng)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(dāng)F30301泄漏時循環(huán)氣內(nèi)的粉末，運(yùn)行時F30302壓差變大，就要考慮F30301 濾芯失效。在此期間，F(xiàn)30302壓差正常。

F30303是D30304入口過濾器，設(shè)置在T30302后，用來過濾循環(huán)氣中殘存的PP粉末。所以，從F30301到F30303的循環(huán)氣，需經(jīng)過三個過濾器，PP粉末想進(jìn)入壓縮機(jī)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(yīng)附著在細(xì)粉表面，然后通過壓縮氣體夾帶進(jìn)入機(jī)組后，在氣缸活塞和氣閥內(nèi)積聚，隨后往復(fù)運(yùn)動在高溫中形成的粘稠物質(zhì)[3]。同時對白色粉末進(jìn)行分析和用火灼燒，分析結(jié)果含鋁，表面發(fā)粘，且在火中不燃燒、不熔化，由于聚丙烯的熔點(diǎn)在165 ℃[4]左右，如果是聚丙烯粉末，應(yīng)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(jī)帶粉是循環(huán)氣中未反應(yīng)的TEAL所致。

4 改進(jìn)措施

針對上面分析的各項(xiàng)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(jìn)檢修方案

壓縮機(jī)停車檢修時，要根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行狀況和氣閥、氣缸拆檢情況制定檢修方案，對D30307、D30309、壓縮機(jī)進(jìn)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(diǎn)死區(qū)，且在投用前要分析露點(diǎn)合格。因?yàn)樵谏a(chǎn)時TEAL和水異常敏感，會生成固體粉末，其反應(yīng)方程式如下：

故停機(jī)時做好檢修質(zhì)量，并在置換吹掃時徹底排除系統(tǒng)中的水是保證機(jī)組長周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

4.2 調(diào)整反應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)

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

4.3 調(diào)整洗滌塔運(yùn)行維護(hù)指標(biāo)

調(diào)整T30302 的工藝操作，摸索出最佳控制參數(shù)，定期換油，提高丙烯氣的洗滌效果。加強(qiáng)T30302白油中的TEAL量的分析頻次，降低TEAL的控制指標(biāo)，一旦分析結(jié)果超標(biāo)，馬上安排置換白油，將TEAL量降至合格。嚴(yán)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(guān)量改為模擬量，液位引入DCS以更精確控制T30302液位。壓縮機(jī)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(xiàn)象。

4.4 改造設(shè)備

除沫器D30304進(jìn)行改造，將內(nèi)件由原來的絲網(wǎng)除沫器結(jié)構(gòu)改為內(nèi)置靜葉分離器，有效降低白油通過率，降低白油帶入壓縮機(jī)可能。

5 結(jié)語

通過以上措施的實(shí)施，循環(huán)氣壓縮機(jī)PK30301運(yùn)行時間大幅延長，從原來的1～2個月的運(yùn)行壽命，延長到半年左右，大大提高了設(shè)備的運(yùn)行時間，確保裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，提高了生產(chǎn)效益。