柴油加氢新氢压缩机空载做功原因分析与处理

2017-04-20时丕斌王伟迪康秀阁

设备管理与维修 2017年11期

时丕斌，王伟迪，康秀阁

（中国石油辽河石化公司，辽宁盘锦 124022）

0 前言

因为压缩比大、热效率高、吸排气压力范围广等优点，往复式压缩机组被广泛应用于炼油、化工及冶金领域。由于加工工艺的需要，多数压缩机组需要进行输送流量的调节与控制。其中，部分行程压开吸气阀气量调节系统以调节控制灵敏、节能效果显著、运行平稳可靠的优势得以广泛应用。

1 气量无级调节系统原理简述

部分行程压开吸气阀气量无级调节技术工作原理是将活塞式压缩机运转过程中，依靠外止点传感器监控的曲轴实时旋转角度等数据传输至计算机综合处理，并将数据信号反馈至数据处理单元，进而发出指令，通过液压执行机构来实时控制吸气阀的启闭时间，从而达到机组排气量0～100%全范围无级调节。活塞式压缩机部分行程压开吸气阀气量调节系统的工作原理如图1所示。

图1 活塞式压缩机部分行程压开吸气阀气量调节系统

2 异常加载情况简述

某柴油加氢装置新氢压缩机组型号为4M125－48/20－150，采用HydroCOM气量调节系统。该机组为四列三级压缩，其中一级压缩两列，布置在曲轴的同侧；二级及三级压缩布置在曲轴的另一侧。机组一级吸气压力约2.0 MPa，末级排气压力高达15 MPa。压缩机组因前一级气缸故障拆除检修，机组回装后试运。

压缩机组启动前，投用气量无级调节系统液压油站，并调整液压油站输出油压为12 MPa，油站油位及油温均符合运行指标要求。为避免机组带载启动冲击高压电网，将负荷调节系统各级负荷均调整为0%，即空负荷。压缩机组启动后，发现一级吸气及排气压力稍有下降，但二级及三级排气压力均有大幅上升，机组启动后50 s内，二级排气压力由2.0 MPa上升至3.7 MPa，三级排气压力由2.0 MPa上升至7.1 MPa。而且，压缩机主电机运行电流持续偏高，运行现场伴随有尖锐刺耳的气流噪声。往复式压缩机负荷异常波动或各级负荷加载异常时，将导致各级综合活塞力的变化，容易引起某级反向负荷不足而导致连杆小头瓦烧研粘合的机械事故。为避免发生事故，紧急停运该机组。

由上述现象分析可知，压缩机在启动过程中，虽然各级负荷已通过控制系统置零，但是，二级气缸及三级气缸仍有做功现象，排气压力大幅上升，一级气缸则没有明显的做功现象，吸排气压力无显著变化。机组停运后，检查发现气量无级调节系统液压油站高压过滤器部位有周期性“呼哧”喘息声音。

3 异常加载原因排查与分析

为查明压缩机组带载启动的原因，结合负荷控制系统的工作原理，从液压油站及管路、液压执行机构安装间隙、负荷控制调节程序等方面进行了分析与排查。

3.1 液压油站及管路

机组检修期间，气量无级调节系统液压油站曾长时间停运，而且曾拆装前一级吸气阀液压执行机构的液压管路等。为排查是否存在液压管路接引错误或油站流程异常等，对压缩机组前一级各吸气阀液压执行机构给油及回油管路进行了排查，确认安装正确。

气量无级调节系统二级气缸及三级气缸位于压缩机曲轴同侧，且由同一路液压油控制。为排查液压油是否畅通，分别拆除二级及三级吸气阀液压执行机构供油接口，并启动液压油站。检查发现，各供油口可见液压油均匀流出，证明各液压管路畅通。此外，借鉴国外因供油口过滤网堵塞而引起的空负荷做功案例，对二级及三级各供油口过滤网进行了清理排查，均未发现异常。

3.2 液压执行机构安装间隙及卸荷杆

根据部分行程压开吸气阀气量调节系统工作原理可知，机组空负荷即通过液压油站输出的高压液压油推动液压执行机构活塞下行，驱动吸气阀卸荷杆压开阀片，强制各吸气阀保持开启状态，从而实现机组空负荷运行。

显然，机组空负荷状态下某级做功是由于该级各吸气阀没有保持打开状态，从而导致该级带有部分或全部负荷。由于压缩机吸气阀卸荷杆及气阀阀片压叉长时间承受交变载荷，疲劳断裂风险较高[6～7]。按照液压执行机构安装技术数据，卸荷杆上端面至液压执行机构密封室上端面的距离h应为（18±2）mm（图2）。

图2 液压执行机构卸荷杆安装尺寸示意

该间距过大时，液压执行机构压杆无法接触卸荷杆，导致阀片无法顶开，使机组无法实现空负荷运行。为排查二级、三级各吸气阀压开执行机构是否存在以上异常情况，拆除了各液压执行机构的电气室及阀室，测绘各执行机构安装间隙。其中，二级气缸盖侧和轴侧的测绘数值为16.84 mm和17.23 mm；三级气缸盖侧和轴侧的测绘数值为16.54 mm和16.75 mm。各液压执行机构卸荷杆安装间隙尺寸为16.54～17.23 mm，显然负荷执行机构安装符合技术要求。检查各执行机构卸荷杆完好情况，未发现断裂及严重磨损现象。

3.3 负荷控制程序及静态调试

为进一步排查分析负荷调节系统工作异常原因，检查气量调节及控制系统控制程序，重新核实了各控制过程技术参数及逻辑关系。检查核实过程中，未发现异常情况。

机组停运后，液压油站高压过滤器部位发出周期性的“呼哧”声音，分析认为该部位积存有气体。为保证液压管路内充满液压油，对机组所有液压执行机构进行了静态调试，即使用控制系统自带调试程序，在机组停运的状态下依次切换各执行机构液压油路，并到机组现场检查确认各液压执行机构电磁阀切换情况。经核实，机组现场各液压执行机构与控制柜内控制卡件对应关系正确，静态调试各执行机构动作准确。并且切换调试后，高压过滤器处的“呼哧”声音逐渐消失，液压油站输出压力平稳无波动。

经以上排查与调试后，机组启动试运过程平稳，无异常加载或波动，证实压缩机组气量无级调节系统恢复正常运行状态。

由此分析认为，机组检修期间，长时间停运气量无级调节系统液压油站并拆装部分液压执行机构油路，导致液压油管路或执行机构内积存空气。当机组空负荷启动时，压缩机各吸气阀被液压执行机构顶开，机组处于空载状态。但是，活塞的高速往复运动导致气缸内的气流快速通过被压开的气阀阀隙返回至吸入系统，在阀片上产生明显的气流顶推力，使阀片有沿气流方向运动直至关闭的趋势。由于顶开气阀阀片的液压系统内存有可压缩的不凝气体，该气体产生的缓冲作用，导致吸气阀阀片在活塞的部分行程内关闭，从而使机组带载做功。

4 改进措施及建议

气量无级调节系统液压部分故障拆检后，由于油路导通大气，而且高压软管布置自由，常常在管路高点存在“气袋”等，极易造成不凝气体沉积，产生“气垫”缓冲作用，导致负荷调节系统工作异常。为排净管路内的存气，避免不凝气体影响气量无级调节系统运行，机组试运前有必要拆除各液压执行机构的给油及回油接管，并将二者用快接接头连接，然后启动液压油站全量循环一定时间，以排净液压管路内的积存气体。

此外，使用气量无级调节系统自带的调试及服务软件进行静态模拟测试，即在压缩机组停机的状态下启动液压油站，使液压执行机构逐台切换，促使液压油间断大量回油，也有助于排净管路内积存气体，从而保证机组正常运行。