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連續(xù)重整往復(fù)壓縮機故障原因分析與改造措施

文檔作者：莫才頌林榮雄文檔來源： 1．廣東石油化工學(xué)院機電工程學(xué)院 2．茂名西南石化工程建設(shè)有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月16日
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2013年第4l卷第10期 流體機械 49
文章編號： 1005-0329(2013)10—0049—04
連續(xù)重整往復(fù)壓縮機故障原因分析與
改造措施
莫才頌 。林榮雄。
(1．廣東石油化工學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東茂名525000；2．茂名西南石化工程建設(shè)有限責(zé)任公司，廣東茂名525000)
摘要： 連續(xù)重整裝置4M2O一181／10一Bx型往復(fù)式解吸氣壓縮機是煉油廠關(guān)鍵設(shè)備之一，在運行過程中存在活塞
環(huán)、支承環(huán)磨損快等故障，停機檢修頻率很高。針對該機組故障原因進行分析，得出介質(zhì)帶液為主要原因，對活塞易損件
材質(zhì)進行改進，并對一級入13緩沖罐進行重新設(shè)計改造，應(yīng)用效果明顯。
關(guān)鍵詞： 往復(fù)壓縮機；活塞環(huán)；故障；改造
中圖分類號： TH45 文獻標識碼： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．10．011
Fault Reason Analysis and Reform Counterm easures of Co ntinuous reforming Reciprocating Co mpressor
MO Cai—song ，LIN Rong-xiong
(1．Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China；
2．Maoming Southwest Petrochemical Engineering Construction Co．Ltd，Maoming 525000，China)
Abstract： Continuous reforming unit 4 M2O一181／10一BX type reciprocating compressor is an oil refinery in solution is one of
key equipment，in the operation proeess in piston，supporting rim wear fast failure，stopping maintenance frequency is very high．
According to the unit fault causes and analysis for the main reason with liquid medium，Oll the piston p~t'ts，improve material，and
the level of entrance bufer tank to design and transform ation，the application efect is obvious．
Key words： reciprocating compressor；piston ring；fault；transform ation
1 引言
某煉化連續(xù)重整裝置設(shè)有解吸氣壓縮機2臺
(工藝編號C901A／B)，一開一備；由沈陽某壓縮機
廠按引進的德國BORSIG技術(shù)設(shè)計制造，結(jié)構(gòu)型式
為兩級四列雙作用對稱平衡型。壓縮機設(shè)置吸人
閥卸荷器，可進行0～50％ 一100％三步負荷調(diào)節(jié)，
該機組于2010年8月安裝完成開始投入使用。
工藝介質(zhì)由Pgo1(水環(huán)式真空泵)直接輸入到
解吸氣緩沖罐(v9o4)出來的解吸氣經(jīng)壓縮機一級
壓縮達o．25MPa排出，經(jīng)過冷卻器后再經(jīng)二級壓
縮到1．OMPa排出，送出重整裝置。機組型號為
4M20—181／10一BX，其性能參數(shù)及各級氣體參數(shù)
如表1所示。
表1 機組性能參數(shù)
項目 特性及參數(shù)
級數(shù) 兩級四列
輸送介質(zhì) 氫氣、甲烷、乙烷等
轉(zhuǎn)速(r／min) 333．3
軸功率(kW) 1O62
活塞行程(mm) 320
吸人流量(m N／h) 1OO00
各 級別 I級(AB兩列) Ⅱ級(AB兩列)
級 吸氣壓力(MPa) O．O1
氣 吸氣溫度(℃) 40 40
體 排氣壓力(MPa) 0．25 1．0
參 排氣溫度(℃) 105 1o4
安數(shù) 全 r』勸 (Ⅶ ) 3．48 8．22
氣缸直徑(ram) 870 510
收稿日期： 2012—09—05
基金項目： 廣東高校石化過程裝備故障診斷與信息化控制工程中心重點實驗室項目(20l1A060901023)
50 FLUID MACHINERY Vo1．41，No．10，2013
2 機組運行故障情況與故障原因分析
2．1 機組運行故障情況
重整裝置的解吸氣壓縮機組自2010年7月
投入運行以來，運行狀況很不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)氣缸
活塞桿下沉報警，造成停機檢修。尤其是一級缸
的支承環(huán)、活塞環(huán)的磨損速度很快，致使有效使用
壽命相當(dāng)?shù)亩蹋疃痰牟蛔?00 h，遠遠低于設(shè)計
運行時間(5000 h左右)，檢修頻率相當(dāng)?shù)母?，?
重影響裝置的安穩(wěn)優(yōu)運行。C901 A在2010年及
201 1年一段時間內(nèi)由于活塞桿下沉引起故障的
檢修情況統(tǒng)計如表2。
表2 C901A在改造前的檢修情況
日期 故障現(xiàn)象 檢修情況
二級缸非驅(qū) 支承環(huán)磨損量為：二級非驅(qū)動
動側(cè)活塞桿 側(cè)缸2．0 mm、一級非驅(qū)動側(cè)缸
2010．8 下沉開關(guān)探 1．0mm、一級驅(qū)動側(cè)缸：1．0mm
頭報警 更換此三缸的活塞環(huán)、支承環(huán)。
此三缸連續(xù)運行765 h
二級驅(qū)動側(cè) 二級驅(qū)動側(cè)缸支承環(huán)磨損2．0
2010．9 缸有雜音 mm，更換此缸活塞環(huán)、支承環(huán)。
此缸連續(xù)運行1270 h
一級驅(qū)動側(cè) 一級驅(qū)動側(cè)缸支承環(huán)磨損1．0
2010 缸活塞桿下 mm，更換此缸 活塞環(huán)、支承
． 12 沉開關(guān)探頭 環(huán)
、填料密封；此缸連續(xù)運行
報警 428 h
一級驅(qū)動側(cè)
一缸活塞桿下 級驅(qū)動側(cè)缸支承環(huán)磨損 2．0
2011．1 沉開關(guān)探頭 mill，更換此缸活塞環(huán) 、支承環(huán)；
報警 此缸連續(xù)運行286 h
一級驅(qū)動側(cè) 一級驅(qū)動側(cè)缸支承環(huán)磨損3．0
2011 缸活塞桿下 mm，而且缸內(nèi)較臟 ，更換此缸
． 2 沉開關(guān)探頭 活塞環(huán)
、支承環(huán)。此缸連續(xù)運
報警 行196小時又出現(xiàn)故障
注：由于此機組為一開一備，表中的連續(xù)運行時間指
此缸本身2次檢修間的運行時間。
通過分析檢修情況可知，C901A主要的問題
集中在一級缸(尤其一級驅(qū)動側(cè)缸)，而從C901B
的運行狀況來分析也存在同樣的問題。
2．2 機組故障原因分析
2．2．1 一級缸結(jié)構(gòu)
解吸氣壓縮機的一級缸有兩列，為筒形結(jié)構(gòu)
雙作用缸，在上下各設(shè)有6個氣閥孔，中間配有缸
套，由合金鑄鐵材料JT25—47D制成，缸套表面
都進行了硬化處理，與缸體配合為間隙配合?；?
塞體為分體式鑄鋁活塞，三道支承安裝在活塞工
作位置下部，占活塞圓周的1／3(120。)? 。四道
活塞環(huán)分布在活塞的兩端，由于為整圈式直徑較
大，都配有彈力環(huán)支撐，兩列缸同用一個入口緩沖
器與一個出口緩沖器，兩缸在運行過程中采用的
是少油潤滑操作 J。
2．2．2 檢修情況
在多次檢修中，均存在如下情況：(1)缸內(nèi)濕
度較大，甚至有滴狀液體存在，但入口緩沖罐的集
液罐收集到的液體不多；(2)缸內(nèi)較臟，活塞環(huán)、
支撐環(huán)磨損下來的物質(zhì)成粘稠膠狀粘著在氣缸內(nèi)
壁和出口氣閥上；(3)支承環(huán)、活塞環(huán)都存在偏磨
現(xiàn)象。
2．2．3 故障原因分析
根據(jù)故障現(xiàn)象總結(jié)分析，造成故障的主要原
因有如下3個方面：
(1)從工藝流程分析。一是機組輸送的解吸
氣本身組分較雜，含有水汽，而且組成比例不是很
穩(wěn)定存在一定的波動；二是介質(zhì)氣經(jīng)過水環(huán)式真
空泵的輸送過程中與水充分接觸，加大了介質(zhì)氣
的含水比例；三是在進入機組前沒有設(shè)計液氣分
離程序，前段工序帶進的水、汽無法有效去除。這
也是一級缸與二級缸出現(xiàn)不同的運行狀況的主要
原因[31。
(2)入口緩沖罐緩沖效果不夠明顯。緩沖罐
示意圖見圖1，從使用同一個入口緩沖罐的兩列
一級缸檢修情況：驅(qū)動側(cè)缸檢修頻率較高，檢修時
缸體內(nèi)部較臟，帶液現(xiàn)象較明顯。進一步從緩沖
罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，由于驅(qū)動側(cè)缸處在介質(zhì)流程
的末端，而且沒有設(shè)置彎頭，介質(zhì)氣對該缸的沖擊
較大，雜質(zhì)、液體更容易進入到該缸，造成該缸的
檢修頻率明顯較高。
從解吸氣
緩沖罐來
去驅(qū)動側(cè)缸去非驅(qū)動側(cè)缸
圖1 改造前一級入口緩沖罐示意
(3)活塞環(huán)、支承環(huán)材質(zhì)的耐磨性能不夠。
由于該機組的介質(zhì)工況較差，對活塞環(huán)、支承環(huán)性
能要求較高。根據(jù)原設(shè)計的材料為填充聚四氟乙
烯(PTEE)應(yīng)用情況來看，效果不佳，磨損速度較
快。在工作時支承環(huán)、活塞環(huán)由于受氣體力、活塞
自重力等作用與缸套內(nèi)表面產(chǎn)生摩擦，在5次／s
2013年第41卷第10期 流體機械 51
的高速頻率下磨損，產(chǎn)生的粉末在濕的環(huán)境下不
均勻的粘著在氣缸內(nèi)壁，加大了磨檫力，在進一步
的高速往復(fù)運動中，加速磨損。由于這個惡性循
環(huán)的相互作用過程，導(dǎo)致的故障頻繁發(fā)生。
3 改造對策措施
3．1 更換活塞環(huán)、支承環(huán)的材質(zhì)
原設(shè)計的材料是填充聚四氟乙烯(PTFE)，雖
然它具有優(yōu)良的耐蝕性、一定的耐溫性、自潤滑
性，但其硬度低、耐磨性差，而且里面填充物(金
屬銅等)磨損顆粒大的弱點，在高磨損的使用工
況下，較易磨損，壽命縮短，在解吸氣壓縮機如此
的工況下，填充聚四氟乙烯材料不適合繼續(xù)應(yīng)用，
改為聚酰亞胺(PI) J。填充聚四氟乙烯(PI’一
FE)與聚酰亞胺(PI)的綜合性能比較如表3。
表3 聚酰亞胺與填充聚四氟乙烯性能對比
材料名稱性能 聚酰亞胺(PI) 填充聚四氟
乙烯( FE)
密度(×10 k m ) 1．45—1．55 2．1O～2．30
拉伸強度(MPa) 10o～150 9～27
彎曲強度(MPa) 100～20o l1～14
壓縮強度(MPa) 100～180 9～l2
摩擦強度 O．18～0．28 0．11 0．16
線膨脹系數(shù) 8
～
12 16～55
(×10 ／℃ ) (100～190℃)
適用工況 溫度200℃以下 溫度 160cC
壓差<20MPa
從表3可看出，聚酰亞胺(PI)在耐溫性、摩擦
性能、機械強度等許多性能上明顯優(yōu)于填充聚四氟
乙烯(PTFE)。因為聚酰亞胺的抗彎強度是聚四氟
乙烯的8—1O倍，提高了活塞環(huán)的抗彎強度，防止
一級缸在低壓差情況下的活塞環(huán)變形 。
由于原活塞相關(guān)尺寸及支承環(huán)、活塞環(huán)尺寸
不變化，而活塞環(huán)、支承環(huán)的材料的線膨脹系數(shù)變
化大，因此需對相關(guān)的間隙要求進行校核計算。
3．I．1 活塞環(huán)側(cè)隙校核
每個活塞環(huán)在工作狀態(tài)下的軸向膨脹量：
△6=△ 0
式中△t——溫度差值(環(huán)境溫度取25~C，工作
時最高溫度取125oc)，℃ ，At=
100℃
— — 聚酰亞胺在100—125~C線膨脹系
數(shù)， ：10 I4cC
6——每個活塞環(huán)厚度，一級缸 。 =
14．76ram，二級缸 1ma =11．78mm
代人數(shù)據(jù)計算得：
一級缸： 581=0．148mm
二級缸： △ =0．118mm
在實際測量中所得活塞環(huán)側(cè)間隙直分別為：
一級缸：51=0．24ram，二級缸：52=0．22mm
故A6 <51，58：<52，而且兩者存在較大的
差值，滿足氣體通道間隙與線膨脹的要求。
3．1．2 支承環(huán)側(cè)隙校核
每個支承環(huán)在工作狀態(tài)下的軸向膨脹量：
△H =Atod-I
式中 每個支承環(huán)厚度：一級缸H =
89．08mm，二級缸 1 =89．08ram
代人數(shù)據(jù)計算得：
一級缸： △ =0．891mm
二級缸： △ =0．891mm
在實際測量中所得支承環(huán)側(cè)間隙直分別為一
級缸53=0．93mm，二級缸54=0．95mm。故，
△H1<53，5 <54，而且兩者差值較少，滿足支
承環(huán)間隙設(shè)計的要求。
3．2 一級入口緩沖罐改造
改善介質(zhì)氣帶液問題，有2種方案：
(1)在人口管路上設(shè)計增加液氣分離器；
(2)對現(xiàn)有的入口緩沖罐進行除液改造。由
于方案一需要重新設(shè)計、制造、安裝的周期較長，
而且費用相比較高，故沒有采取此方案，而是采取
了相對簡單且成本低的方案二l8 。
對一級人口緩沖罐的改造主要是：在緩沖罐
前端增加破沫篩網(wǎng)層，作用有3點：
(1)有效過濾出介質(zhì)氣中的液體進入到集液
罐，降低進入氣缸內(nèi)介質(zhì)氣的濕度；
(2)濾出介質(zhì)氣中的顆粒雜質(zhì)，增加缸內(nèi)的
氣體潔凈度，減少活塞環(huán)、支承環(huán)的因顆粒磨損的
可能性；
(3)減少了介質(zhì)氣的沖擊效應(yīng)，降低了對入
口氣閥閥片的沖擊力，有效延長閥片的工作壽命。
破沫篩網(wǎng)層有擋板與篩網(wǎng)兩部分組成，擋板
結(jié)構(gòu)如圖2所示?？紤]到介質(zhì)的腐蝕性，擋板采
用10mm(緩沖罐壁厚8ram)厚的16MnR板材制
作，便于從緩沖罐入口法蘭處運進罐內(nèi)，擋板分成
三塊，與緩沖罐內(nèi)壁采用全焊接聯(lián)接，與擋板間采
用螺栓壓緊連接 。
52 FLUID MACHINERY Vo1．41，No．10，2013
擋
撩 排列瑚布
／ 一計f
：：： ：二二j 擋板分割線
圖2 擋板結(jié)構(gòu)示意
通過以上的改造后，一級入口緩沖罐結(jié)構(gòu)如
圖3所示。
新增人口彎頭 篩網(wǎng)
氣
來
去驅(qū)動側(cè)缸去非驅(qū)動側(cè)缸
圖3 改造后的一級入口緩沖罐結(jié)構(gòu)示意
3．3 改造效果檢驗
通過實施以上改進措施后，解吸氣壓縮機
C901A于2011年4月17日投入運行，子集液罐
的液體明顯增多，改造后運行一年多沒有出現(xiàn)明
顯故障，有效運行周期不斷延長，實際情況證明了
此次改造是成功的。
4 結(jié)語
通過對連續(xù)重整裝置解吸氣壓縮機組故障問
題的解決從而延長機組易損件工作壽命的有效實
踐，為進一步解決煉油化工裝置往復(fù)機的介質(zhì)帶
液等故障問題提供了有力的經(jīng)驗保障。經(jīng)過一年
多的使用，壓縮機組運行正常，保證了煉油裝置的
安全平穩(wěn)生產(chǎn)，取得了良好的效果。
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作者簡介：莫才頌(1973一)，男，碩士，副教授，主要從事機械
設(shè)計及理論、化工機械設(shè)備、機電工程等教學(xué)與研究工作，通訊地
址：525000廣東茂名市廣東石油化工學(xué)院機電工程學(xué)院。
(上接第9頁)
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作者簡介：趙立新(1972一)，男，博士后，教授，主要研究領(lǐng)域：
旋流分離技術(shù)研究、流體機械及工程技術(shù)研究，通訊地址：1633l8黑龍
江大慶市高新區(qū)發(fā)展路199號東北石油大學(xué)機械學(xué)院。
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