甲醇空分系統氧壓機長周期運行的技術研究

杜淑平

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041606）

1 基本情況

甲醇廠空分車間6 臺氧壓機為立式、三級四列（其中一級為2 個氣缸，二、三級各1 個氣缸）、雙作用、水冷卻、無潤滑、活塞式氧氣壓縮機。其主要作用為：將空分裝置生產的氧氣加壓后送至一、二系統轉化爐。

氧壓機的填料是密封活塞桿與氣缸之間間隙的主要部件，填料函溫度能直接反映氧氣的泄漏情況及填料的質量優劣。2016 年1#氧壓機發生著火事故后，為了提高氧壓機的安全性能，公司決定將二、三級填料函材質由原來的3Cr13 改為青錫銅材料，填料環由三六瓣改為四瓣整體式填料環，提高密封器的散熱效果、阻燃效果，降低泄漏氧氣的溫度及摩擦起火的可能性。在設備運行過程中，三級填料環的運行時間較短，運行50 d 左右填料環就會磨損、失效，導致填料函泄漏氣溫度升高至80 ℃、泄漏量變大而不得不停機檢修，從而導致頻繁的倒車，影響設備的長周期運行。

2 原因分析

2.1 材料方面

非金屬類填料環的特性（耐磨性、熱穩定性、塑性、高溫下的膨脹性、化學穩定性等等）影響其使用周期，其由材料的配比所決定，這方面由填料環的制造廠家所決定。

2.2 加工方面

填料環的表面粗糙度、各種加工尺寸、內孔透光率且與活塞桿的最大間隙、切口透光率且最大間隙、端面的平行度等，其由制造廠家進行加工保證。

2.3 裝配方面

合理的軸向間隙、徑向間隙、開口間隙；徑向、切向環的安裝方向；密封面（填料環與活塞桿、填料盒所形成的密封面，包括填料環表面、活塞桿表面、填料合的側面）的粗糙度；拉緊彈簧的預緊力；活塞桿中心與各填料盒中心同心程度（活塞桿的跳動）；活塞桿的圓柱度。其他方面原因還有介質中的雜質進入填料環；冷卻效果差。

3 采取的主要措施

針對這一情況，決定重點從以下幾方面開展工作，探索延長填料環使用周期的辦法：

1）由杭氧生產的銅填料函每組填料環與盒套的徑向間隙第一組間隙為0.4～0.6 mm，其余6 組為0.3～0.4 mm，開封黃河生產的不銹鋼填料函使用的填料環的間隙均為0.5～0.8 mm。懷疑杭氧的填料環間隙偏小，在運行過程中活塞桿與填料環摩擦，溫度升高膨脹后間隙變小加快了填料環的磨損。在2022 年6 月12 日對3#氧壓機檢修時，通過研磨填料環墊環，將三級填料函每組填料環與盒套的徑向間隙加大至0.6 mm 左右進行試驗。在3#氧壓機運行56 d 時，填料函泄漏氣溫度在75 ℃左右（指標為≤80 ℃），此次加大徑向間隙的辦法效果不明顯。

2）考慮到填料環在高溫、高壓環境下的耐磨性可能降低，導致填料環磨損較快的情況，通過在各機組的抽油煙氮氣管道上引氮氣管至各填料函處，進行通氮氣吹掃填料函及活塞桿，以降低填料環的溫度，達到提高填料環使用周期的目的。通過一段時間的運行觀察，通氮氣吹掃填料函及活塞桿降低填料環溫度的辦法沒有明顯效果。

3）因在填料函外部通氮氣降溫的效果不明顯，研究小組經討論后決定在2#氧壓機三級填料函內部開孔，利用填料函泄漏氣內漏、外漏通道將填料函內部通入氮氣，達到降低填料函及活塞桿的溫度并阻止氧氣泄漏的目的。從實施后的運行周期來看，此辦法也沒有達到延長填料環運行周期的目的。

4）通過與填料環制造廠家（杭氧）技術人員聯系溝通，建議將填料環的組分配比進行調整，在填料環中增加耐磨材料。廠家采取了此建議并制作了4 套改良后的耐磨填料環，并分別裝入4#、6#氧壓機三級填料函及2#氧壓機二、三級填料函進行試運行。經過一段時間的運行，填料環的使用情況為：6#氧壓機運行90 d，填料函泄漏氣溫度在30～36 ℃之間波動；4#氧壓機目前運行98 d，填料函泄漏氣溫度由開車時的25 ℃左右升至38 ℃；2#氧壓機運行102 d，填料函泄漏氣溫度在35℃～40℃之間波動（均因機組運行時間超出小修周期，需停機檢修）。根據以上機組的運行情況以及2021 年各機組更換為新填料環后的運行情況來看，通過對填料環材質進行改進后達到了延長機組運行周期的效果。

4 實施后的效果對比

更換耐磨填料環前、后機組的運行情況見表1、表2。

表1 更換耐磨填料環前機組的運行情況

表2 更換耐磨填料環后機組的運行情況

根據以上機組的運行情況進行對比，可以確定通過采取對填料環材質進行改進、添加耐磨材料的辦法達到了延長機組運行周期的效果。

5 經濟社會效益評價

5.1 經濟效益

5.1.1 節省的備品備件費用

根據一、二系統氧壓機兩開一備運行模式45 d運行周期共需檢修32 次，共更換二、三級填料64套；90 d 運行周期共需檢修16 次，共更換二、三級填料32 套（舊填料環一套價格為2 500 元，新填料環一套價格為3 000 元）。共年節約費用：節約64×2 500-32×3 000=64 000 元。

5.1.2 減少的維修費用

每次檢修費用為3 000 元，延長運行周期后檢修頻次共減少16 次；節約48 000 元。

5.1.3 節約的試車電費

每次檢修結束需氧壓機打氮氣試車4 h，氧壓機電機功率630 kW。工業用電費用為0.55 元/kW·h；節約22 176 元。

5.1.4 節約打氮氣試車費用

每次檢修結束需氧壓機打氮氣試車4 h，氧壓機打氮氣用量為3 600 m3/h，氮氣為0.4 元/m3；節約3 600×0.4×4×16=92 160 元。

共節約費用226 336 元。

5.2 社會效益

機組的運行周期由原來的45 d 左右提高到了90 d左右，大大延長了機組的運行周期。

設備的運行周期提升后，減少了機組頻繁倒車，降低了因倒車操作造成的后工序負荷波動及對生產系統安全穩定運行的影響。

6 結語

通過更換新的填料環后延長了設備的運行周期，節約了維修費用，保證了機組的安全運行，在往復式壓縮機填料環的應用方面具有較強的推廣意義。