超高压往复压缩机常见故障及对策

张绍武 耿东方

(中国神华煤制油榆林化工分公司)

超高压往复压缩机国内某新建的20万t/a LDPE装置的核心设备，其主要作用是把装置中乙烯的压力从24～25MPa提升至反应管内反应所需的压力(约260～300MPa)，而超高压往复压缩机运行周期短，操作、维护难度较大，严重影响LDPE装置长周期平稳运行，且该装置中超高压压缩机无备机，因此其故障停车会导致装置全线停车。

压缩机在正常工作的情况下故障都是有预兆的。因此，在平时的使用过程中要正确地保养机器，做好维护和检修工作，尽可能地把故障消灭在萌芽状态。笔者基于LDPE装置中超高压往复压缩机的技术资料，充分了解其结构性能，结合具体情况进行分析，找出造成故障的原因，并进行故障处理。

1 超高压往复压缩机的结构原理

LDPE装置中超高压往复压缩机(C1202)结构复杂，设备的组成部分主要包括机身、传动部件、填料组件、气阀、密封组件、气缸油润滑系统、曲轴箱润滑系统、冷却系统及气路系统等。设备型号为K8，两段8缸，水平布置，共有4个曲柄，5个主轴承，主电机功率18MW，10kV，为对称平衡式往复压缩机。二次压缩机传动机构主要包括曲轴、十字头、大头瓦、小头瓦、弹性连杆及滑板等。工作部件是指形成工作腔以吸、排气体，给气体传递能量的部件，包括气缸组件、中心阀组件、活塞组件和填料组件。机体是一个支持部件，由它来支撑曲轴、十字头和气缸，使压缩机成为一个整体。

工作时，由一次机送来的压力为22～30MPa的乙烯气体与高压循环气体汇合，一并进入C1202一段入口，经C1202的第一段压缩至约120MPa，再经第二段压力升至聚合反应所需的压力(随牌号不同而变化)，进入反应区。为了撤去C1202一段产生的压缩热，保证其进入二段时的温度，在C1202一段出口处设有中冷器(C1210E1A/B)。

2 超高压往复压缩机常见故障及对策

2.1 段间压力波动

由于超高压往复压缩机的结构特点及其运行工况，段间压力存在不可避免的正常或非正常波动，这里所描述的段间压力主要指超高压往复压缩机一段出口A、B线的压力。常见的压力波动主要有4种情况：

a. 段间压力偏高。造成此现象的原因主要有压力表损坏、二段中心阀故障或吸入压力太高。根据现场实际经验，第一种故障的可能性较低，首先排除；其次查看二次机一段吸入压力是否不在合适范围内(24～25MPa)，确认吸入压力合适后，适当降低吸入压力，使其靠近24MPa但不低于24MPa。调节后压力如无大的上升趋势并趋于平稳，则压缩机可继续监护运行；若调节后压力仍处于较高的状态，建议压力升至120MPa时(不触发联锁保护)，手动SP3A，计划检修更换对应的高线的二段两个组合阀。检修过程中要初步检查被换下的组合阀以确定故障原因，为后续开车做准备。

b. 段间压力偏低。造成此现象的原因主要有压力表损坏、工艺管线或机体泄漏、一段中心阀故障、高压填料发生泄漏或吸入压力太低。根据现场实际经验，第一、二种故障的可能性较低，首先排除；其次检查高压填料泄漏情况，如有泄漏增大的趋势，需继续查看前期趋势及现场泄漏气检测仪表指示值，以确定是否是填料磨损失效，同时观察柱塞温度、振动是否有上升趋势，提高此高压填料对应注油器的注油量，并观察高压填料泄漏气情况变化趋势，判断一段高压填料是否失效。确认完好后，最后查看二次机一段吸入压力是否在合适的范围内(24～25MPa)，确认吸入压力合适后，适当升高吸入压力，使其靠近25MPa但不高于25MPa。调节后压力如无大的上升趋势并趋于平稳，则可以继续监护运行超高压往复压缩机；若调节后压力仍处于较低的状态，建议压力升至90MPa时，手动SP3A，计划检修更换对应的低线的一段两个组合阀。检修过程中要初步检查被换下的组合阀，以确定故障原因，为后续开车做准备。

c. 段间压力突然升高。造成此现象的原因很可能是二段中心阀故障，根据经验，该故障发生时，要及时去现场查看，用听音棒检测对应的突然升高的线，检测其对应的二段组合阀是否有明显的窜气声，如有窜气声，则表明对应的二段组合阀失效。手动SP3A，计划停车更换对应二段两个组合阀，检修时一定要仔细检查组合阀与填料密封面是否有损伤。

d. 段间压力突然降低。造成此现象的原因很可能是一段中心阀故障。解决时应按与二段中心阀发生故障时类似的方法，检测其对应的一段组合阀。

2.2 高、低压填料故障

超高压往复压缩机整套填料包含高、低压填料，整套填料正常磨损失效的位置为高压填料，根据操作维护水平的不同，失效时间大约为9～15个月；低压填料失效的主要原因是润滑不好，造成低压填料密封组件过热，根据现场经验，只要操作维护得当，低压填料的寿命远大于高压填料的寿命。

高压填料失效的主要现象有：

a. 高压填料失效假象。正常检修完毕后，开车初期填料泄漏量极大，造成现场填料泄漏量检测仪表满，同时，柱塞温度上升并在较高温度下运行，柱塞水平、垂直振动波动极大甚至上升至高报警点，这种现象在开车初期是正常的，因为开车初期内部油润、滑系统润滑油和高压填料、柱塞三者之间有一个趋于平衡的过程；同时现场外观检查确认无工艺介质外漏，用听音棒检测无大的异常响声，并确认注油器在90%以上(建议开车前放在90%)，待开车后大约10min后加大到100%，维持运行约16h，根据柱塞温度及垂直、水平振动适当降低注油量。但是如果某一气缸的高压填料泄漏量明显大于同级别的其他气缸，则需要重点监测该气缸的运行参数，因为在开车过程中造成此气缸高压填料失效可能性极大，最多通过4h运行，观测高压填料泄漏量变化判断高压填料是否失效，如无明显好转则高压填料失效。

b. 正常填料失效。填料泄漏气有增大趋势，经过几天或者几周的运行，泄漏量逐渐超过现场表的量程；同时，在此过程中，柱塞温度升高(变化不是太明显)，柱塞水平、垂直振动变大(变化不是太明显)。即使加大高压填料注油器注油量至最大100%量程位置，填料泄漏量仍无明显变化，此种情况基本可判断为填料失效。此时需要计划SP3A停车，更换整套填料。

c. 高压填料突然失效现象。此种现象最直观的就是高压填料对应的泄压孔有乙烯泄漏(呈白雾状气体)，可以判断填料与封面失效。一旦发现此现象，必须紧急SP3A停车检修，更换高压填料。

2.3 润滑油系统故障

润滑油系统对于超高压往复压缩机的作用，就像血液对于人体的作用；超高压往复压缩机主要有3路油润滑系统：气缸润滑油系统、冷却冲洗油系统和曲轴箱润滑油系统。

气缸润滑油系统常见故障现象主要是气缸润滑油消耗过大、气缸润滑油现场油箱液位上升和注油器不注油3种。发生第一种故障时，可以在不影响柱塞温度、振动和气缸温度的情况下适当调整注油量；发生第二种故障时，要及时检查注油器的注油情况，若注油器注油失效，必须把此气缸的另外两个或者3个注油点负荷调整到100%，以保证气缸润滑效果；检测确认注油器不注油是注油器本身的故障还是出口单向阀的故障，待停车时计划检修更换注油器。

冷却冲洗油系统和曲轴箱油系统常见的故障和处理方法列于表1。

表1 冷却冲洗油系统和曲轴箱油系统常见的故障和处理方法

2.4 传动机构常见故障

对于超高压往复压缩机来说，传动机构的常见故障即为不明异响，这种不明异响是影响超高压往复压缩机平稳运行的潜在危险因素，如果不能及时判断原因并做出处理的话，易造成设备的重大事故。能正确、及时判断出不明异响的原因，需要专业技术人员具备很强的超高压压缩机运行维护经验和知识，能通过微小的声音变化判断出问题的关键所在。经分析，可能导致压缩机不明异响的原因和处理方法如下：

a. 柱塞余隙偏小，需停车重新检查调整柱塞余隙；

b. 曲轴主轴瓦间隙过大，需停车检查曲轴主轴瓦间隙；

c. 连杆大小头轴瓦损坏，需停车检查更换连杆大小头轴瓦；

d. 压缩机与电动机不对中，需停车重新检查找正；

e. 中心阀、柱塞损坏的部件或其他异物在气缸中，需停车打开检查清理气缸，并同时检查中心阀和柱塞打标确认是否水平；

f. 滑板失效，需停车检查滑板巴氏合金有无脱落。

3 超高压往复压缩机长周期维护保养

3.1 辅助系统

辅助系统的维护和保养需要做到：保证曲轴箱润滑油系统和冷却冲洗油系统的油温(换热器后)正常，在15～60℃范围内，油压在0.45MPa左右，且不低于报警值0.20MPa，油箱液位在上下限之间，确认润滑油系统所有管路接头完好，无泄漏；检查冷却油系统各气缸爆破片是否完好，爆破片后管道上的视镜是否有油通过；检查气缸润滑油系统油温是否正常，在40～60℃范围内，不低于35℃，油泵入口压力在0.045MPa左右，不低于0.020MPa，油箱液位在上下限之间；观察气缸润滑油注油泵视镜中油口的滴油情况，检查确认各注油泵工作是否正常，是否有异常振动和响声；检查注油泵注油器管线视镜是否有气泡冒出，如有则先关闭注油器入口阀，打开排气阀排气调整赶出气泡，并调整注油器视镜油液面至1/2处，根据柱塞运行参数和标准注油量测算油量是否适当；保证曲轴箱润滑油过滤器压差、冷却冲洗油过滤器压差在0.01～0.07MPa之间，且不高于报警值0.08MPa；保证界区循环水供水温度小于28℃，供水压力大于0.4 MPa(G)，符合工艺要求；检查曲轴箱润滑油系统和冷却冲洗油系统中油冷器的冷却水是否循环正常，无堵塞；检查确认界区低压氮气系统压力为0.4～0.6MPa，符合工艺指标要求，各部位保护氮气压力、流量正常。

3.2 压缩机

压缩机的维护和保养需要做到：保证曲轴箱框架振动不高于8mm/s，各段气缸缸体振动均不高于45mm/s，机组地脚螺栓无松动，各部位无异常振动；各段气缸填料泄漏气流量一次表在0～50kg/h正常范围内，不高于100kg/h；气缸高压填料泄漏气总流量在0～450kg/h正常范围内，不高于800kg/h，且泄漏气总管爆破片信号正常，未爆破；保证各段出入口温度、压力正常(指标如开机最终状态“状态确认”部分)；保证机组各传动部位无异常响声；各主轴承温度和所有主十字头滑道温度在40～70℃正常范围内，不高于75℃；所有柱塞温度在40～65℃正常范围内，不高于70℃，所有柱塞振动不高于200μm。

3.3 主电机

主电机的维护和保养需要做到：保证主电机运行中无异常响声；保证主电机电流正常；主电机绕组温度不高于145℃；主电机轴承温度不高于90℃；主电机轴承振动不高于12.5mm/s；主电机正压通风压力不低于0.2kPa。

3.4 工艺系统、仪表及其他

检查各段出入口温度、压力是否正常，符合工艺指标(指标如开机最终状态“状态确认”部分)；检查进出口管线、阀门及安全阀等是否有泄漏；检查工艺气管路是否有异常振动。

确认各仪表元件指示正确；保证现场仪表元器件接线无松动、脱落现象。

冬季需注意重点检查曲轴箱润滑油系统、冷却冲洗油系统、气缸润滑油系统油箱和管路电伴热运行情况；检查曲轴箱润滑系统、冷却冲洗油系统、气缸润滑油系统油箱电加热器的运行情况，主电机和气缸润滑油注油器空间电加热器运行情况；同时，冷却水和冷媒系统需要防冻凝。

4 超高压往复压缩机预知检修

目前，国内超高压往复压缩机的故障或事故检修多处于初级检修阶段。此种检修方式对于人力、物力的要求较高，而且严重制约超高压往复压缩机长周期运行。要想从根本上提高超高压往复压缩机的运行水平，必须做好由事后检修向预知检修的转变。所谓预知检修，就是对于设备的日常运行有充分地了解，对各种参数和关键数据波动进行科学分析，合理做出判断，准确预知设备的运行状态，对于设备部件运行水平和寿命做出预判，利用停车检修的机会处理潜在问题，使影响超高压往复压缩机长周期运行的危险因素消除在萌芽之中。

国内某LDPE装置中超高压往复压缩机因填料失效泄漏故障检修，造成的故障停车每年达16次之多。据统计，该装置自2012年7月大检修之后，通过对填料合理的预知检修，运行至2013年8月，因填料失效泄漏导致的停车事故降至每年4次，减少了超高压往复压缩机的非计划停车，提高了LDPE装置运行水平，该自2013年2月17日完成装置开车后，超高压往复压缩机长周期平稳运行了83天，较原来最高平稳运行56天的记录提高了17天。

5 结束语

目前，国内在用LDPE装置中超高压往复压缩机的运行水平与国外的相比差距较大，其原因主要是设备运行周期短、检维修频次高。这就要求技术管理人员和超高压往复压缩机操作人员善于总结各类故障的原因，尤其是故障前期的各种异常现象，据统计，约有50%的超高压往复压缩机故障可以在最初期发现时通过操作延缓其发生，甚至有效地调节或避免。因此，规范的日常操作、合理的维护保养和故障预判、科学的检维修是超高压往复压缩机平稳运行最基本、也是最重要的保障。