CO2压缩机常见故障的分析及处理

塔西南石化厂尿素车间的生产能力由设计的110kt/年提高到16600kktt//年, 压缩机由原来的三台增加至四台, 均由上海电气压缩机泵业有限公司 (上海大隆) 生产的往复活塞式二氧化碳压缩机。其作用将来自合成低压脱碳的CO2, 在入压缩机之前加入0.4—0.6% (体积) 的氧, 经五级压缩后压力达20—20.5MPa (表压) 送入合成塔。由于压缩机的频发故障切换压缩机。切换过程中造成合成塔波动, 为装置的平稳生产带来不利的影响, 而且还造成装置的能耗上升。下面本文将对压缩机故障及其处理措施进行系统化分析, 为今后压缩机的操作及其维修提供一定的参考。

1. CO2压缩机的结构与型号

我厂尿素装置的二氧化碳压缩机总共有四台, 型号分别为4D12A—63/20 (1#、2#、3#压缩机) 和4D12A—62/20 (4#压缩机) 。其结构如下图所示:

从图1可知我厂往复式CO2压缩机是容积式压缩机的一种。其主要部件包括气缸、曲柄连杆机构、活塞组件、填料 (也就是压缩机的密封件) 、气阀、机身与基础、管线及附属的设备等。

2. CO2压缩机的故障分析及处理

本人收集尿素装置2011年压缩机因各类故障原因检修记录, 并对其进行相应的分类, 具体见下表一所示:

从表中可以看出, 压缩机因三四段超压、三四段出口温度异常和润滑油系统的检修频次最多, 占到压缩机故障切换的58%。因此, 压缩机各段超压超温和润滑油故障将作为本文的讨论重点。

2.1CO2压缩机故障原因

2.1.1某段出口超压

从表一中, 可以看出2011年因压缩机三段超压、四段超压共检修30次, 是压缩机故障切换的主要因素。某段出口超压多数是下一段进、排气阀漏, 活塞环磨损, 或本段出口气冷却不良而造成, 分述如下。

(1) 气阀故障

下段进气阀阀片断裂;发弹簧卡住;阀座螺母销子断裂, 造成螺母松;阀片移位或阀座与气缸接触面不严密等, 使高压气向吸入侧泄漏, 手摸吸入阀阀盖感到发热, 但有时感觉不明显, 需用听棒, 判断是阀片动作声音还是气体泄漏的声音。如漏气会发出噪音。

下段排气阀发生上述情况, 排出气体有倒回气缸, 造成吸气能力降低。因为排气阀平时也是热的, 需用听棒判断, 如有问题, 应停车更换。

(2) 活塞环故障

一、二、三段双作用缸活塞环磨损, 使高压侧气体漏向低压侧。四、五段之间平衡级有管道与三段出口相通, 当四段缸活塞环损坏后, 使得部分高压气窜入三段入口, 因而也使得三段出口压力超压。

(3) 冷却水影响

压缩机各段缸的冷却水水阀开度不足或循环水的压力不足, 使得出口气冷却效果不佳。此外, 由于循环水水质影响, 压缩机运行时间久后, 或造成泥沙在各段缸的夹套中聚集影响换热效率。

(4) 其他因素

(1) 当二氧化碳的纯度大幅度下降时, 此时压缩机的三段、四段超压比较明显, 连带合成塔及一段循环系统超压。

(2) 本段排出侧至下段吸入侧的气体通路混入杂物或焦油炭末卡住阀门通道, 使阻力增加。

2.1.2填料异常

(1) 填料密封处注油量过小或者过大因素

注油量过大容易造成过多的油炭化, 形成沉积物;过小则填料环润滑效果不好, 磨损速度加快, 影响使用寿命。

(2) 工艺介质夹带颗粒物因素

现场检查有时会发现在压缩机气缸及填料密封腔体中有大量沉积物, 这些沉积物是由工艺介质夹带过来的微细固体粉尘或结焦的碳粒组成, 其硬度往往很高, 其在密封腔处的沉积必然会造成密封填料严重的磨损, 从而大大缩短填料密封环及活塞杆的使用寿命。

2.1.3某段进气或排气温度超温

(1) 冷却水影响

压缩机各段冷却器的冷却水水阀开度不足或循环水的压力不足, 使得出口气冷却效果不佳。此外, 压缩机开机过程中, 操作人员未按照规程步步确认, 遗漏对压缩机上回水阀的检查, 未开引起压缩机各段超温。

(2) 气阀因素

(1) 进气温度异常高时, 有可能是该段进气阀有故障, 排气时, 进气阀关不了, 高温气体倒流。如双动缸进气阀有两个, 用手摸阀盖确定哪个漏。

(2) 出气温度异常高时, 有可能是下段的进气或排气阀故障, 排出压力上升, 压缩比增大。也有可能是该段排气阀故障。排出气体在吸气时又倒回, 再次压缩。

(3) 仪表指示问题

由于压缩机的振动, 使得压缩机的测温点容易因为接触不良引起仪表本身出现了问题, 其进出口温度显示出现异常, 波动大、乱跳或指示偏差大等。出现这种现象不需要切换压缩机联系仪表就可以进行处理。

2.1.4润滑油系统故障

(1) 润滑油油压、油温异常

(1) 油压下降原因:滤油器脏而堵塞;溢流阀泄漏或调节不良;油泵压盖或填料泄漏。一般油压下降主要是滤油器脏, 由滤油器前后压差可判断。

(2) 油温高的原因一般有冷却水不足, 水中杂质堵塞了水管, 水结垢或进口水温过高等。

(2) 润滑油带水

润滑油带水往往是由排油水不及时或不彻底引起的。但也有可能是油冷却器漏水或者是在生产过程中, CO2气中水蒸气过多, 它通过填料函与润滑油混在一起。除此之外, 四段填料函冷却水因密封面贴合不严密而漏入中体, 进入机身油池也会造成润滑油带水。

(3) 油泵故障

油泵出现故障往往是由轴承、齿轮磨损或者是靠背轮不同心, 泵体吸入空气引起的。另外, 油泵的电缆有时也存在一定程度的老化, 造成油泵缺相引起油泵跳车, 进而造成压缩机油压掉联锁跳车。

2.1.5其他原因

(1) 法兰或焊缝泄漏1

1) 法兰垫片被腐蚀或连接法兰的螺栓松动;2) 焊缝处被腐蚀或出现沙眼;

(2) 液击

压缩岗位排油水不及时或压缩机五段入口温度控制过低, 造成气体中带入大量液体时, 由于液体的不可压缩性, 瞬时就会达到很高的压力, 产生液击, 发出巨大响声。严重时会造成气缸盖击碎, 活塞杆弯曲, 或其他零部件的损坏, 甚至发生人身伤亡事故。

(3) 设备及管线振动

(1) 固定松动; (2) 支撑件不足; (3) 因压力脉动引起共振; (4) 管线固定因膨胀被破坏; (5) 管件振动大。

(4) 压缩机本体的异常响声

敲击主轴承, 若间隙过大或瓦盖螺栓螺母松动, 其声音通常是沙哑的, 无金属响声;敲击连杆轴瓦, 连杆与曲轴连接的大瓦头, 如间隙过大, 旋转时向前向后的敲击声是不同的。连杆与十字头销连接的小头瓦是作往复运动的, 如间隙过大, 前后两次敲击声就比较均匀。除此之外, 机身内有杂物或者曲柄与十字头销平行度有出入也会造成机体出现异常响声。

2.2应对措施

2.2.1某段出口超压应对措施

(1) 气阀故障处理:当压缩机出现某段超压时, 岗位人员可以手摸吸入阀阀盖感到发热, 或可用听棒判断是阀片动作声音还是气体泄漏的声音。如漏气会发出噪音, 如判断为气缸阀失灵, 应立即停车更换, 否则碎片落入气缸内是非常危险的。

(2) 活塞环因素:可用手摸平衡段出口管管壁温度是否发凉来判断。如发冷或管壁结霜, 表示泄露扩大, 通过更换活塞环解决。

(3) 如混入杂物或焦油炭末卡住阀门通道, 可通过拆检清洗来解决。

2.2.2填料异常应对措施

(1) 填料密封处注油量过小或者过大因素的处理:注油量的确定除了按厂家的标准注入外, 还应该在试车初期, 通过检查密封环处的运行情况, 确定一个合适的量。试车结束后, 打开检查填料处活塞杆上有无炭状物, 以判断注油量的大小。

(2) 工艺介质夹带颗粒物的处理:通过调整工艺使压缩机参数达到设计要求, 必要时可加气固分离器, 分离掉这些颗粒杂, 就可避免气缸与活塞环、活塞杆与调料摩擦副之间的颗粒磨损。

2.2.3某段进气或排气温度超温应对措施

(1) 冷却水因素:先检查前段冷却器是否出现异常, 如有问题及时交付检修。此外, 车间定期对各停运压缩机开展预防性检修, 对各段缸的水夹套进行清洗。

(2) 气阀因素:一方面及时对故障气阀更换;另一方面, 提高气阀的进货质量。

(3) 仪表指示问题:联系仪表检修, 更换仪表, 并各测温点进行加固, 减小振动对其造成的影响。

2.2.4润滑油系统故障的处置措施

(1) 润滑油油压、油温异常的处理

油压下降主要是由滤油器脏引起的, 可由滤油器前后压差判断, 轮流对停用的压缩机定期清洗滤油器。

针对油温高可以通过检查是否由上回水阀的开度、冷却水水压引起的。此外还可以通过测温仪对冷却水的上回水管线的温度进行判断是否冷却水走短路。另外, 结合对压缩机各段缸水夹套清洗的时候对润滑油冷却器进行清洗。

(2) 润滑油带水的处理

(1) 加强压缩机的排油水操作, 车间定期对岗位的排油水执行进行抽查。

(2) 定期取压缩机的润滑油进行化验分析, 出现异常及时进行换油。

(3) 油泵故障的处理

(1) 针对油泵缺相引起油泵跳车, 进而造成压缩机跳车, 经过相关分析发现泵的电缆存在一定的程度的老化。因此, 定期联系电气人员对油泵电机的线路检查, 并对电缆进行相应的更换。

(2) 安排钳工定期对停运的油泵进行预防性检修。

2.2.5其他原因的应对措施

(1) 法兰或焊缝泄漏:更换法兰垫片或紧固螺栓;焊缝漏要及时补焊。

(2) 液击:每小时一次及时排油水, 并做到排油水彻底, 五段入口温度控制必须高于操作压力下二氧化碳的液化温度。

(3) 设备及管线振动:应拧紧螺栓, 制止松动或更换紧固方法;应补充支撑架;应考虑管线热膨胀方向, 重新调整固定件位置;应加固管架。此外, 严格二氧化碳压缩机的入口压力, 避免抽负压。

(4) 压缩机本身异常响声:用听棒重点检查, 查明原因, 停车处理。

3. 改良建议

通过前面对压缩机故障原因及处理中发现, 为了使压缩机运行更加稳定和可靠, 可进行一些相应的改造。本人结合国内其它厂家的一些做法和设想, 提出以下的改进建议:

3.1恢复二氧化碳压缩机入口总管压力显示, 并在压缩机一回一管线增设调节阀, 内操人员可根据压缩机进口压力显示实现远程对压缩机负荷的调整。

3.2现在往复压缩机大多采用出口回流至入口的方式维持压力的稳定及满足工艺需求, 往往有40%左右的功是无用功。可参考个别厂家将部分二氧化碳用于二段循环系统吸收进入合成塔内, 可以减少压缩机的打气量, 从而起到节约电耗的目的。

3.3目前, 人工手动排油水弊端很多, 要么就是排油水不及时或不彻底, 均有可能为压缩机平稳运行带来比较大的隐患。建议将目前装置手动操作排油水改装成自动排油水装置。

3.4采取高压变频电机或者先进的气阀结构可以节省大量电耗。

摘要：本文通过对2011年压缩机全年的故障检修次数进行统计, 并按照类别进行分类。对各类故障引起的原因进行系统化分析, 并制定针对性的对策。为今后降低压缩机的故障切换的频次, 提供一些参考。并结合装置的生产实际情况, 进一步确保压缩机的运行平稳, 提出一些改进建议。

关键词：CO2压缩机,故障,故障分析,措施

参考文献

[1] 尿素装置操作规程[M], 2008版.

[2] 钱镜清;水溶液全循环工艺尿素装置操作指南, 2005版.

[3] 孙炯明;往复式压缩机技术问答 (第二版) , 2005.