聚乙烯氮气压缩机排气压力高原因分析

郭磊，谢晋辉，邓联新，刘天勇

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆独山子833699）

聚乙烯氮气压缩机排气压力高原因分析

郭磊，谢晋辉，邓联新，刘天勇

（中国石油独山子石化公司乙烯厂，新疆独山子833699）

论述了独山子石化公司聚乙烯装置氮气压缩机工艺流程，阐述了氮气压缩机出现一段出口压力过高的问题，先后对氮气压缩机管线、气阀及自动控制过程3个方面进行了全面排查，并未发现异常现象，最后对氮气压缩机卸荷器进行了全面检查，找到了压缩机排气压力高的真正原因，提出了聚乙烯氮气压缩机排气压力高有效地解决方法，通过实践检验，效果良好，保证了聚乙烯氮气压缩机的平稳运行。

氮气压缩机；排气压力；气阀；压缩机卸荷器

1　引言

独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置采用英国BP公司专利技术，装置年设计生产能力为22万吨/年，有动、静设备698台，500多个控制阀，200多个仪表控制回路，包括溶剂回收、化学品储存、钛催化剂制备、铬催化剂制备、预聚合和聚合等12个生产工序，采用的是DCS计算机控制系统。聚乙烯产品牌号共计73个，其中LLDPE牌号33个，以己烯-1为共聚单体的高强膜产品13个，HDPE牌号40个，其中铬系产品14个。

2　聚乙烯氮气压缩机工艺流程

独山子石化公司乙烯厂聚乙烯装置氮气压缩机20C570A/B工艺流程如图1所示，界区的中压氮气经过氮气精制床20D970、20D980脱除水、氧后进入氮气压缩机一级入口，氮气压力在0.45～0.5 MPa，水、氧含量在2×106以下，经过氮气压缩机一级压缩后，氮气压力增压至1.1～1.25 MPa，压缩机一级排气段设有安全阀20PSV578A/B，其整定压力为1.4 MPa，当一级排气压力超过1.4 MPa时，安全阀起跳泄压；氮气一级压缩后，经过换热器20E560A/B冷却后进入氮气压缩机二级入口，经过氮气压缩机二级压缩后，氮气压力增压至2.64～2.88 MPa，压缩机二级排气段设有安全阀20PSV571A/B，其整定压力为3.03 MPa，当二级排气压力超过3.03 MPa时，安全阀起跳泄压；氮气二级压缩后，经过换热器20E570A/B冷却后进入氮气储罐20F570，氮气储罐20F570设有4个压力开关，20PSL576设定为2680 kPa，20PSLL586设定为2650 kPa，20PSH574设定值为2750 kPa，20PSHH 575设定为2790 kPa。

图1　聚乙烯氮气压缩机工艺流程简图

3　聚乙烯氮气压缩机出现的问题

聚乙烯氮气压缩机20C570A/B是由A.B.C公司制造的往复压缩机，其型号为2EHA-2-GT，电机功率55 kW，转速473 r/min，流量687 m3/h。

2013年10月，20C570B定期进行中修，更换支撑环、活塞环、刮油环、气封填料及气阀卸荷器密封圈，开机后，一段出口压力达到1.35 MPa，比以往高出0.15 MPa。

一般情况下，氮气压缩机一级排气压力高，主要是由于以下原因造成：

（1）一级出口管线堵塞或不畅，造成憋压；

（2）二级进气阀泄漏，加载器加载后泄漏反串至一级出口，造成一级排气压力高。

如果二级进气阀泄漏，二级进气温度往往会升高，但是，20C570B二级进气温度没有显著变化。

4　聚乙烯氮气压缩机排气压力高原因分析

4.1氮气压缩机管线原因排查

鉴于氮气压缩机一级排气压力高，车间停机隔离进行原因排查，拆除压缩机一、二级进出管线阀门进行观察，没有发现管线堵塞或不畅。

4.2氮气压缩机气阀原因排查

排除管线堵塞或不畅原因后，车间决定对氮气压缩机气阀进行重复检修，压缩机气阀共计8个，拆除一级进气阀2个、排气阀共2个，拆除二级进气阀2个，排气阀2个，仔细检查所有气阀阀片及弹簧，没有发现异常。气阀安装后，使用煤油测试气阀泄漏量，所有气阀没有发现泄漏，复位气阀后，氮气置换启动压缩机，压缩机一级排气压力非但没有下降，反而增加，压力超过1.4 MPa，造成一段安全阀起跳。

使用煤油测试气阀泄漏量，经常发生测试后气阀不泄漏，安装后，气阀温度升高，发生泄漏情况。为了解决这一问题，需要对氮气压缩机气阀气密性改进为气密测试法检查气阀泄漏情况，气密性测试法能够定量测出气阀的泄漏量，而煤油测试法却不能。但是气密性测试法需要专用的气阀气密测试设备，车间无法做到，因此也就无法准确判断重复检修后的8个气阀是否存在泄漏。为了解决这一问题，车间重新领用一整套备用贺尔碧格生产的新气阀，新气阀经过贺尔碧格严格的气密性测试法，能够保证新气阀不会发生泄漏。更换新气阀后，氮气置换启动压缩机，压缩机一级排气压力仍旧超过1.4 MPa，造成一段安全阀起跳。

上述排查过程，说明氮气压缩机一级排气压力高并不是气阀原因造成的，还需要深入排查。

4.3氮气压缩机自动控制过程原因排查

压缩机氮气储罐20F570设有4个压力开关，20PSL576设定为2680 kPa，20PSLL586设定为2650 kPa，20PSH574设定值为2750 kPa，20PSHH 575设定为2790 kPa。压缩机自动控制逻辑如下：

（1）当氮气储罐20F570压力低于2680 kPa，20PSL576动作，压缩机50%加载；

（2）当氮气储罐20F570压力低于2650 kPa，20PSL586动作，压缩机100%加载；

（3）当氮气储罐20F570压力高于2750 kPa，20PSL574动作，压缩机50%减载；

（4）当氮气储罐20F570压力高于2790 kPa，20PSL575动作，压缩机100%减载。

气阀的自动加、减载是通过2个电磁阀来实现的，当一个电磁阀带电时，压缩机可以实现50%加、减载；当2个电磁阀带电时，压缩机可以实现100%加载；当2个电磁阀都不带电时，压缩机可以实现100%减载；通过氮气储罐20F570压力变化，仪表专业人员测试电磁阀的带电情况，氮气压缩机自动控制过程没有发现异常。

4.4氮气压缩机卸荷器原因排查

如图2，聚乙烯氮气压缩机一级、二级进气阀及卸荷器，气阀升程限位器是由仪表风驱动活塞上下移动以达到气阀加、减载的目的，当气阀升程限位器通入仪表风，弹簧压缩，活塞向上移动，带动导向杆，导向杆带动卸荷器爪，气阀进入加载状态，当气阀升程限位器断开仪表风，弹簧伸开，活塞向下移动，带动导向杆，导向杆带动卸荷器爪，气阀进入减载状态。

图2　氮气压缩机气阀及卸荷器

4.4.1氮气压缩机气阀升程限位器仪表风原因排查

正常情况下，氮气压缩机气阀升程限位器仪表风压力在0.6～0.65 MPa，如果仪表风压力在气阀减载状态下，未完全断开，弹簧无法完全伸开，必将影响气阀减载效果，造成压缩机排气压力高。检查仪表风供气压力，在0.6 MPa，断开氮气压缩机气阀升程限位器仪表风进气线，手动加减载，减载时，气源线并无压力，检查仪表风线过滤器，未发现异常，说明仪表风线使用正常。

图3　氮气压缩机气阀升程限位器活塞

4.4.2氮气压缩机气阀升程限位器活塞原因排查

如图3，解体后的氮气压缩机气阀升程限位器活塞，活塞上下移动由一个φ28.5×3.5的O型圈密封，导向杆上下移动由3个φ9.5×2.5的O型圈密封。解体后没有发现O型圈损坏，复位后，手动上下移动卸荷器爪，未发现异常，说明活塞运行状况良好，不可能发生O型圈阻力大，弹簧无法伸开的状况，活塞问题可以排除。

4.4.3氮气压缩机气阀弹簧原因排查

聚乙烯氮气压缩机气阀升程限位器设计成全封闭的，在外观上无法看到气阀升程限位器的活塞行程，为了能够直观测出气阀升程限位器活塞行程，车间根据气阀结构，对4个进气阀在气阀顶部对其开孔，如图4所示，分别对4个进气阀通入仪表风，使用深度尺从顶部对升程限位器活塞行程进行测量，数据如下：

图4　氮气压缩机气阀升程限位器活塞行程测量

聚乙烯氮气压缩机气阀阀片行程量设计为2.8～3 mm，卸荷器所能控制的调节量在3 mm左右才能保证阀片正常开、闭。若调节量过大会造成卸荷器爪损伤，若调节量过小会造成阀片无法正常开启从而无法卸荷。从表1可以看出，氮气压缩机二级气阀升程限位器活塞行程在正常范围内，一级气阀升程限位器活塞行程明显偏小。如图5，当气阀通入仪表风后，弹簧压缩，活塞向上移动，带动导向杆，导向杆带动卸荷器爪，气阀进入加载状态，当气阀断开仪表风后，弹簧伸开，活塞向下移动，带动导向杆，导向杆带动卸荷器爪，气阀进入减载状态，但一级气阀两个弹簧压缩后发生塑性变形，气阀断开仪表风后，弹簧无法延伸至正常状态，造成一级气阀无法完全减载，一级排气阀排气压力增高。

表1　氮气压缩机气阀升程限位器活塞行程

图5　氮气压缩机一级气阀弹簧及卸荷器爪

5　聚乙烯氮气压缩机排气压力高的解决方法

综上所述，聚乙烯氮气压缩机排气压力高的原因是一级气阀弹簧发生塑性变形失效，弹簧弹力不足，一级气阀无法完全减载，排气压力升高。

图6　改造后的氮气压缩机一级气阀弹簧及卸荷器爪

采取以下方法解决：

（1）氮气压缩机对聚乙烯装置至关重要，车间首先考虑尽快恢复机组，以保证聚乙烯长周期平稳运行。为了增加弹簧弹力，以抵消弹簧的塑性变形，如图6，车间制作厚度分别为1 mm、2 mm、3 mm及5 mm厚的环状调整环，分别安装至弹簧底部，用以增加弹簧弹力，通过试验，安装5 mm厚的环状调整环，气阀升程限位器活塞行程在2.9 mm，气阀可以满足完全减载，安装试用后，氮气压缩机一级排气压力恢复至1.18 MPa，可以满足工艺需求。

（2）聚乙烯氮气压缩机为A.B.C公司制造的往复压缩机，购买国外气阀及卸荷器配件价格高，购买周期长，为了彻底解决此类问题，车间联系国内知名企业进行国产化改造，制作新的气阀及卸荷器，彻底解决此类问题。

6　结语

经过车间不断的努力，最终找到了氮气压缩机排气压力高的原因，通过对氮气压缩机气阀的改造，解决了这一难题，车间通过国产化配件，降低了配件成本，彻底解决了这一问题。

Reason Analysis of High Discharge Pressure in Polyethylene Nitrogen Compressor

GUO Lei，XIE Jin-hui，DENG Lian-xin，LIU Tian-yong
（Ethylene Plant PetroChina Dushanzi Petrochemical Company，Dushanzi 833699，China）

This paper discusses the process flow of nitrogen compressor for Dushanzi Petrochemical Company Polyethylene Plant，describes high discharge pressure of nitrogen compressor in the first section outlet，and checks the problem from the aspects of pipeline，valve and automatic control of the nitrogen compressor.However，there is no abnormal phenomenon.Then compressor unloader is completely checked finally and the real reason of compressor discharge pressure high is found.The effective solving method for polyethylene nitrogen compressor discharge pressure high is put forward in this paper.Through the practical test，the effect is very good，which ensures the smooth operation of nitrogen compressor of polyethylene workshop.

nitrogen compressor；discharge pressure；valve；compressor unloader

TH45

B

1006-2971（2015）04-0051-04

郭磊（1977-），男，新疆伊宁人，硕士学位，高级工程师，2005年毕业于中南大学机械电子专业，现在中国石油独山子石化公司乙烯厂聚烯烃二联合车间从事设备管理工作，已发表论文24篇。E-mail：guolei2@petrochina.com.cn

2015-03-26