孟慶宇 王建锃 張 萌

(大慶煉化公司煉油一廠)

新氫壓縮機(jī)低排量工況下提高易損件使用壽命的方法①

孟慶宇 王建锃 張 萌

(大慶煉化公司煉油一廠)

為了提高大型往復(fù)式壓縮機(jī)中易損件的使用壽命，采用優(yōu)選質(zhì)量更高、可靠性更強(qiáng)的活塞環(huán)、支撐環(huán)和改進(jìn)操作技術(shù)雙結(jié)合的方法。結(jié)果表明：此方法確實(shí)達(dá)到了在低流量工況下保證壓縮機(jī)機(jī)組能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的效果。

壓縮機(jī) 活塞環(huán) 支撐環(huán) 使用壽命

大慶煉化公司煉油一廠1 700kt/a柴油加氫裝置，由于現(xiàn)階段市場(chǎng)對(duì)國(guó)Ⅳ柴油的需求量趨于飽和，本裝置未進(jìn)行滿負(fù)荷生產(chǎn)，因此應(yīng)用于生產(chǎn)需要的新氫壓縮機(jī)機(jī)組也只能在低于設(shè)計(jì)流量1/3的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)機(jī)組在低流量工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)壓縮機(jī)的易損件(活塞環(huán)和支撐環(huán))的磨損極大。往復(fù)式壓縮機(jī)通常用支承環(huán)減小氣缸套磨損，避免活塞與氣缸接觸帶來的損害，一旦支承環(huán)嚴(yán)重磨損或斷裂很容易發(fā)生拉缸乃至活塞桿斷裂的惡性事故[1]。針對(duì)這一現(xiàn)象，劉智勇等從密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選取等方面提出了提高活塞環(huán)使用壽命的有效方法[2]。由于本機(jī)組在特殊工況下工作，既要保證生產(chǎn)運(yùn)行的需要，又要保證機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行，因此筆者從材料的選取和操作方法上進(jìn)行了分析和研究。

1 易損件在原有操作條件上的使用壽命

為了倡導(dǎo)節(jié)能、環(huán)保的理念，柴油加氫裝置引進(jìn)了一臺(tái)四缸三級(jí)壓縮的MW-28.7/(10-90)-X/1338A型機(jī)組，并在進(jìn)氣閥上配備了賀爾碧格無極變量調(diào)節(jié)器，由于本機(jī)組在低流量、入口壓力不穩(wěn)定的工況下工作，無法投用自動(dòng)控制，因此，日常操作中采用手動(dòng)控制各級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷結(jié)合各級(jí)出口返回入口線控制閥保持一定開度且固定不動(dòng)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。以新氫壓縮機(jī)機(jī)組維

持出口排量4 100Nm3/h、出口壓力7.2MPa這一工況為例，傳統(tǒng)的操作方式為：一級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷41%，出口返回入口線控制閥開度38%；二級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷39%，出口返回入口線控制閥開度5%；三級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷31%，出口返回入口線控制閥開度15%。當(dāng)裝置的操作壓力和新氫流量有變化時(shí)，再手動(dòng)調(diào)節(jié)各級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷以滿足生產(chǎn)上的需要。三級(jí)氣缸的活塞直徑最小、缸壁最厚、進(jìn)氣量最小，所以三級(jí)缸活塞環(huán)和支撐環(huán)最易磨損。筆者以三級(jí)氣缸為研究對(duì)象，將三級(jí)活塞桿下沉位移(位移量不大于0.5mm)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列于表1。

表1 三級(jí)活塞桿下沉位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

分析表1數(shù)據(jù)可知：原本使用的由德國(guó)賀爾碧格公司生產(chǎn)的活塞環(huán)和支撐環(huán)在上述操作條件下，當(dāng)使用至第22天左右時(shí)活塞桿的下沉位移較大，平均值已經(jīng)接近報(bào)警值。判斷活塞環(huán)和支撐環(huán)的磨損較大，此時(shí)為了防止出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)拆缸檢查。通過拆缸檢查發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)確實(shí)受到較大程度的磨損，已減薄了0.9mm。這種操作方法能夠做到滿足裝置生產(chǎn)的正常需要，也可以在一定程度上節(jié)能，但是由于各級(jí)氣缸的進(jìn)氣量偏低，尤其是二、三級(jí)氣缸內(nèi)沒有足夠的流動(dòng)氣量，無法形成活塞和氣缸內(nèi)壁之間的“氣墊”，活塞受到的托舉力不足，因此導(dǎo)致活塞下沉過度造成活塞環(huán)和支撐環(huán)的磨損加劇而無法保證機(jī)組的安穩(wěn)運(yùn)行。

2 提高易損件使用壽命的方法

2.1優(yōu)選易損件

優(yōu)選易損件的實(shí)施方案：將原本使用的由賀爾碧格公司生產(chǎn)的活塞環(huán)和支撐環(huán)替換成由無錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的質(zhì)量更高、可靠性更強(qiáng)的活塞環(huán)和支撐環(huán)，并在原有操作條件下使用，觀察其使用壽命。更換易損件后三級(jí)活塞桿下沉位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 三級(jí)活塞桿下沉位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

分析表2數(shù)據(jù)可知：更換了活塞環(huán)和支撐環(huán)后，使用壽命確實(shí)得到了改善，在原有操作條件不變的情況下，活塞桿下沉位移達(dá)到之前同種程度時(shí)，使用壽命延長(zhǎng)了接近3周左右的時(shí)間。同樣為防止出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，需要進(jìn)行拆缸檢查。通過實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，更換易損件后活塞桿下沉位移達(dá)到與之前同種程度時(shí)，活塞環(huán)減薄1.0mm，使用壽命延長(zhǎng)3周左右。

這種優(yōu)化的選擇，省時(shí)省力、效果極佳，不但延長(zhǎng)了機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，而且節(jié)約了活塞環(huán)和支撐環(huán)的使用成本。可見這些原本被國(guó)外壟斷的易損件制造行業(yè)，如今國(guó)產(chǎn)化的產(chǎn)業(yè)在逐步興起，在技術(shù)、質(zhì)量方面毫不遜色。雖然在材料本身的屬性和可靠性方面取得了突破，使低流量運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)易損件的使用壽命得到一定程度的提高，但仍不能滿足機(jī)組的長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行，還需要近一步調(diào)整操作技術(shù)。

2.2調(diào)整操作技術(shù)

使用高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、大流量返回的操作技術(shù)來提高易損件的使用壽命。針對(duì)這一工況，通過觀察摸索，可知操作原則是適當(dāng)提高各級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷并保持不變，通過調(diào)節(jié)各級(jí)出口返回入口線控制閥開度的方式來調(diào)整機(jī)組的工況。同樣以新氫壓縮機(jī)機(jī)組維持出口排量4 100Nm3/h、出口壓力7.2MPa這一工況為例，新的操作方法為：一級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷54%，出口返回入口線控制閥開度60%；二級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷58%，出口返回入口線控制閥開度12%；三級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器負(fù)荷59%，出口返回入口線控制閥開度47%。當(dāng)裝置對(duì)操作壓力和新氫流量有變化時(shí)，再手動(dòng)調(diào)節(jié)各級(jí)出口返回入口線控制閥開度以滿足生產(chǎn)上的需要。在機(jī)組采用無錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的活塞環(huán)和支撐環(huán)的前提下，實(shí)施這種操作方法后，活塞桿(以三級(jí)活塞桿為例)下沉位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

表3 三級(jí)活塞桿下沉位移在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，在6個(gè)月的時(shí)間里，活塞桿的下沉位移狀況都處于良好的狀態(tài)，沒有磨損發(fā)展的趨勢(shì)，而且裝置在工藝調(diào)節(jié)方面也不再被新氫壓縮機(jī)排氣量低的問題所困擾，關(guān)閉了前期為保證新氫壓縮機(jī)排量而人為打開的廢氫排放線，全天可少排循環(huán)氫氣24 000Nm3。通過取得的這些成效，可知這種操作方法能夠適應(yīng)并滿足裝置和新氫壓縮機(jī)機(jī)組長(zhǎng)期安穩(wěn)運(yùn)行。分析其原因如下：通過提高各級(jí)無極變量調(diào)節(jié)器的負(fù)荷，可以提高各級(jí)氣缸進(jìn)氣量，保證缸體內(nèi)有充足的氣體被做功[3]，更好地在活塞環(huán)外圓周面與氣缸套內(nèi)壁間形成足夠剛度的“氣墊”，使活塞獲得了一個(gè)足夠強(qiáng)的向上浮力，減緩活塞環(huán)與支撐環(huán)的磨損。通過增大返回線的開度，即減小排氣管網(wǎng)的壓力，又因?yàn)楦變?nèi)氣量較大，所以致使活塞對(duì)外做功減小，不但減小了氣體對(duì)活塞環(huán)徑向和軸向的壓力，減輕了活塞環(huán)與氣缸套內(nèi)壁和槽壁的磨損，而且通過一段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)可知機(jī)組的耗電量沒有明顯的增加。

3 結(jié)束語

針對(duì)本機(jī)組入口流量低、入口壓力波動(dòng)的工況，結(jié)合賀爾碧格的工作原理，采取優(yōu)選易損件和改進(jìn)操作技能雙結(jié)合的創(chuàng)新方法，解決了本機(jī)組低流量工況下不能長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)轉(zhuǎn)的這一難題，這一技術(shù)的實(shí)施，不僅給生產(chǎn)的平穩(wěn)性帶來了福利，而且也節(jié)約了勞動(dòng)成本和材料的使用成本，為今后有同樣情況的生產(chǎn)裝置提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 馬晉，江志農(nóng)，高金吉.基于活塞桿軸心位置軌跡的往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)研究[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2012，25(4)：453～459.

[2] 劉智勇，戴曉洲，范吉全.提高無油潤(rùn)滑活塞環(huán)使用壽命的研究[J].化工機(jī)械，1999，26(2)：95～96.

[3] 高霞.無極量調(diào)節(jié)在壓縮機(jī)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2008，44(5)：86～88.

孟慶宇(1985-)，工程師，從事煉油化工企業(yè)設(shè)備管理工作，a304673580@163.com。

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0254-6094(2017)05-0587-03

2017-03-20，

2017-04-10)