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行業(yè)資訊

壓縮機(jī)故障及其結(jié)焦的研究

  

  1裂解氣壓縮機(jī)工藝簡(jiǎn)介
  乙烯裝置(Apparatus)是從日本三菱油化株式會(huì)社引進(jìn)的成套裝置,經(jīng)過(guò)多次改造,現(xiàn)已年生產(chǎn)150kt.其中C-201裂解氣壓縮機(jī)型號(hào)(xíng hào)為34M-6X5,采用兩缸三段壓縮工藝。昆山空壓機(jī)維修是更換全部磨損的零件,空壓機(jī)轉(zhuǎn)1000個(gè)小時(shí)或一年后,要更換濾芯,在多灰塵地區(qū),則更換時(shí)間間隔要縮短。濾清器維修時(shí)必須停機(jī),檢查壓縮機(jī)所有部件,排除壓縮機(jī)所有故障。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 裂解氣經(jīng)一段壓縮后,排出氣體被海水冷卻,進(jìn)入二段吸入罐中分離。油層送汽油解吸塔,水層回到工藝水油分離器,氣體進(jìn)入二段壓縮。二段排出氣體經(jīng)海水冷卻后,進(jìn)入三段吸入罐進(jìn)行氣液分離,凝液用液面控制回到二段吸入罐,氣體進(jìn)入三段壓縮。三段排出氣體經(jīng)海水冷卻后,進(jìn)入三段出口罐進(jìn)行氣液分離,凝液用液面控制回到三段吸入罐,氣體進(jìn)入堿洗塔。
  2壓縮(compression)機(jī)結(jié)焦的原因
  由于裂解氣中含有各種不飽和烯烴,金屬氧化物和硫化物,特別是硫化物,雜環(huán)氧化物,微量的溶解或懸浮狀的金屬離子共存,使烯烴,雙烯烴的自聚共聚復(fù)雜化,在受熱的金屬設(shè)備內(nèi)壁形成一層組成復(fù)雜的污垢物,即所謂的結(jié)焦。引起不飽和烴聚合結(jié)焦反應(yīng)的因素(factor)分析如下:圖1C-201裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)(system)工藝(Technology)流程示意1)溫度。溫度是不飽和烴聚合結(jié)焦的重要原因之一。裂解氣壓縮機(jī)的段間溫度隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間(time)的延長(zhǎng)而逐漸升高,從而為結(jié)焦創(chuàng)造了有利條件。
  2)氧含量。微量氧的存在可誘發(fā)氧化物游離基的產(chǎn)生,為聚合結(jié)焦提供了引發(fā)條件。
  3)水。水作為極性分子,對(duì)聚合結(jié)焦有一定的促進(jìn)作用。
  4)金屬離子鐵和其它金屬離子的存在,對(duì)二烯烴的聚合起到引發(fā)劑的作用。水量越多,水溫越高,金屬離子化傾向也越高。
  5)物料中不飽和(saturation)烴的濃度。不飽和烴的存在是聚合結(jié)焦的內(nèi)在的根本原因。
  3壓縮機(jī)不平衡故障
  3.1轉(zhuǎn)子不平衡故障和特征
  當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí),如果其質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心不重合時(shí),將產(chǎn)生離心力。離心力是引起轉(zhuǎn)子和軸承振動(dòng)的主要原因,這就是轉(zhuǎn)子的不平衡故障(fault)。轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉(zhuǎn)子上,轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周,就在轉(zhuǎn)子或軸承的某一測(cè)點(diǎn)處產(chǎn)生一次振動(dòng)響應(yīng)。因此它的振動(dòng)頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速工頻。轉(zhuǎn)子不平衡故障的主要特征表現(xiàn)為:1)在徑向振動(dòng)的頻譜圖上,工頻成分突出;2)徑向振動(dòng)的波形基本是一個(gè)正弦波;3)兩個(gè)相互垂直的徑向振動(dòng)的時(shí)域信號(hào),在相位上基本相差90°,合成的軸芯軌跡呈較為規(guī)則的橢圓狀。
  3.2不平衡(balance)的產(chǎn)生原因
  導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子(rotor)不平衡的原因是多方面的,通常的因素如下:1)質(zhì)量不均勻(形狀(shape)等);2)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(鍵槽等);3)加工(Processing)不同心(澆鑄,機(jī)加工等);4)裝配不同心(配合間隙,聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中等);5)配合件的配合情況變化;6)材料(應(yīng)力釋放(release),冷熱態(tài)等);7)運(yùn)行過(guò)程(腐蝕,磨損(零部件失效的一種基本類型),沖刷,斷缺,積塵,結(jié)焦垢等)。
  因此,在轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)采取哪種正確的維護(hù)措施恢復(fù)正常(normal)運(yùn)行,取決于不平衡所產(chǎn)生的原因。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī),在其中兩個(gè)帶有螺旋型齒輪的轉(zhuǎn)子相互嚙合,使兩個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合處體積由大變小,從而將氣體壓縮并排出。
  對(duì)于裂解氣壓縮機(jī),運(yùn)行過(guò)程中的因素是最常見,最主要的原因之一。
  4裂解氣壓縮機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)(Food Monitor)
  4.1振動(dòng)監(jiān)測(cè)
  為了監(jiān)視壓縮機(jī)運(yùn)行的機(jī)械振動(dòng),C-201壓縮機(jī)配備了美國(guó)BENTLY3300型軸振動(dòng)監(jiān)視儀表(instrumentation)。壓縮機(jī)軸振動(dòng)值在現(xiàn)場(chǎng)有顯示(display)和輸出,同時(shí)還與其它參數(shù)一起被送到DCS系統(tǒng)。壓縮機(jī)的BENTLY電渦流式位移探頭布置見圖2所示。它是股份23套關(guān)鍵機(jī)組之一,由專業(yè)技術(shù)人員(personnel)對(duì)儀表的軸振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行定期的頻譜和趨勢(shì)(trend)分析。
  隨著轉(zhuǎn)子結(jié)焦程度的提高,轉(zhuǎn)子的振動(dòng)(vibration)增大。
  轉(zhuǎn)子上不均勻的結(jié)焦,將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡,產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的不平衡故障,在頻譜分析圖上顯示為轉(zhuǎn)速工頻成分的突出。
  4.2監(jiān)測(cè)因子
  裂解氣壓縮機(jī)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)后,各段的出入口溫度開始升高,壓力也隨之上升,壓縮機(jī)的能力將會(huì)顯得不足。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備。空氣壓縮機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式,旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。為此,美國(guó)Nalco/Exxon提出了用N因子來(lái)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)(status)。
  N= Ln(Pd/Ps)/(Ln(Td/Ts)
  Ln(Pd/Ps)/Ln(Td/Ts)-1 Pd,Td――壓縮機(jī)出口壓力,出口溫度;Ps,Ts――壓縮機(jī)入口壓力,入口溫度。
  壓縮機(jī)的壓縮比(Ln(Pd/Ps))越大,而溫升(Ln(Td/Ts))越小時(shí),說(shuō)明壓縮能力越高。
  由上式可見,N越大,壓縮能力越小,說(shuō)明結(jié)焦程度越嚴(yán)重(serious)。
  5裂解氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分析
  5.1振動(dòng)分析
  圖3為低壓缸高壓側(cè)軸振動(dòng)雙峰值(peak)的變化趨勢(shì)在1999年5月和11月底有兩次較高的振值。
  圖4為1999年11月29日的振動(dòng)信號(hào)頻譜分析圖,可見明顯的轉(zhuǎn)速工頻(5400RPM)成分,在其它探頭信號(hào)中也類似如此。振動(dòng)信號(hào)分析表明壓縮機(jī)存在轉(zhuǎn)子不平衡(balance)故障。經(jīng)過(guò)12月消缺檢修(Overhaul)后,軸振動(dòng)回復(fù)到低振值水平并很穩(wěn)定。
  圖3低壓缸高壓側(cè)軸振動(dòng)(X20111H)雙峰值(peak)趨勢(shì)
  5.2監(jiān)測(cè)因子分析
  自1998年底至2000年4月底的運(yùn)行期間,C-201壓縮(compression)機(jī)經(jīng)過(guò)1999年5月底的大檢修和1999年12月的消缺檢修。在該運(yùn)行期間內(nèi),記錄壓縮機(jī)(compressor)各段進(jìn)出口溫度(temperature)和壓力并計(jì)算N因子,以時(shí)間順序生成圖表。
  1)第一段N1因子。1999年5月份大修前達(dá)到最高水平,6月份開車后波動(dòng)較大,到1999年11~12月份N又明顯增大,經(jīng)過(guò)12月消缺檢修后,N1又回落到較低水平。
  2)第二段N2因子。1999年5月份大修前達(dá)到最高水平,6月份開車后一直比較平穩(wěn)。在1998年12月消缺檢修后進(jìn)一步回落且穩(wěn)定。
  裂解氣壓縮(compression)機(jī)(C-201)第一段N1因子示意圖5裂解氣壓縮機(jī)(C-201)第二段N2因子示意3)第三段N3因子(見圖6)。從1998年底開始有緩慢增大趨勢(shì),在1998年12月消缺檢修后有所回落。
  5.3綜合分析
  從圖3~6可見,在1999年5月和11月底,一段,二段的N因子和低壓缸的軸振動(dòng)信號(hào)均出現(xiàn)較大的數(shù)值。低壓缸轉(zhuǎn)子(rotor)產(chǎn)生不平衡(balance)故障(fault),而其原因恰恰是由于聚合(polymerization)結(jié)焦。經(jīng)過(guò)1999年5月份大修和12月份消缺檢修時(shí)的清焦,N因子和軸振動(dòng)均有明顯下降(descend)。說(shuō)明運(yùn)用N因子和軸振動(dòng)的綜合分析方法,可以更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)(Food Monitor)出壓縮機(jī)的結(jié)焦及所導(dǎo)致(cause)的轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)。
  6結(jié)焦的防治
  為了防止壓縮機(jī)結(jié)焦,在壓縮機(jī)各段的物料管線都設(shè)有洗油注入線,由計(jì)量泵控制連續(xù)注入,這也是目前最常用的方法。昆山空壓機(jī)維修軸承跑外圈一般是因?yàn)榕浜系木炔粔蛞约巴馊Χㄎ环绞皆O(shè)計(jì)不合理造成的。并非所有機(jī)頭都按這個(gè)時(shí)間進(jìn)行,如果保養(yǎng)好的可以延后,保養(yǎng)差的則需要提前。 洗油有兩個(gè)作用,一是沖刷附著在葉輪機(jī)套罩上的聚合物,二是冷卻(cooling)裂解氣,減緩聚合結(jié)焦。
  但是,洗油并不能從根本上解決聚合結(jié)焦的問(wèn)題,沖刷也不會(huì)徹底。從C-201運(yùn)行歷史來(lái)看,依然存在一定程度的結(jié)焦。如在1999年5月25日停車大檢修時(shí),揭蓋發(fā)現(xiàn)各級(jí)流道和葉輪(指裝有動(dòng)葉的輪盤)上都存在嚴(yán)重的結(jié)焦,在1999年12月底消缺檢修時(shí),也發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子上結(jié)焦嚴(yán)重。
  為了改善防止結(jié)焦的效果,在C-201壓縮機(jī)洗油注入的基礎(chǔ)上,于2000年3月3日起開始增加(increase)使用美國(guó)Nalco/Exxon的EC3144A型裂解氣壓縮機(jī)阻聚劑。
  7結(jié)語(yǔ)
  裂解氣壓縮機(jī)的聚合結(jié)焦,將導(dǎo)致(cause)各級(jí)流道變窄,阻力增大,溫度升高,從而使壓縮機(jī)的負(fù)荷下降,影響(influence)裝置(Apparatus)的生產(chǎn)運(yùn)行因此,分析和監(jiān)測(cè)(Food Monitor)C- 201裂解氣壓縮機(jī)的結(jié)焦情況對(duì)于保證1 #乙烯裝置的"安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)"運(yùn)行具有十分重要的意義。
  a.運(yùn)用美國(guó)Nalco/Exxon提供的N因子計(jì)算式,同時(shí)對(duì)壓縮機(jī)軸振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析,可以更加準(zhǔn)確有效地監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,為裝置制定生產(chǎn)(Produce)和檢修方案提供可靠的依據(jù)。
  b.要求定期準(zhǔn)確記錄壓縮機(jī)各段的壓力和溫度變化并計(jì)算N因子,對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)作定期的趨勢(shì)和頻譜分析,這也就需要加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行多方面的技術(shù)管理。
  c.從2000年3月3日加注EC3144A阻聚劑后的N因子和振動(dòng)趨勢(shì)看,截止目前壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)(status)良好。對(duì)于EC3144A阻聚劑的使用效果,需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后,通過(guò)跟蹤(track)監(jiān)測(cè)N因子和振動(dòng)變化,并最終在下次揭蓋時(shí)才能作出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。


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