壓縮機故障及其結焦的研究

　　1裂解氣壓縮機工藝簡介
　　乙烯裝置(Apparatus)是從日本三菱油化株式會社引進的成套裝置，經過多次改造，現已年生產150kt.其中C-201裂解氣壓縮機型號(xíng hào)為34M-6X5，采用兩缸三段壓縮工藝。昆山空壓機維修是更換全部磨損的零件，空壓機轉1000個小時或一年后，要更換濾芯，在多灰塵地區，則更換時間間隔要縮短。濾清器維修時必須停機，檢查壓縮機所有部件，排除壓縮機所有故障。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 裂解氣經一段壓縮后，排出氣體被海水冷卻，進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，氣體進入二段壓縮。二段排出氣體經海水冷卻后，進入三段吸入罐進行氣液分離，凝液用液面控制回到二段吸入罐，氣體進入三段壓縮。三段排出氣體經海水冷卻后，進入三段出口罐進行氣液分離，凝液用液面控制回到三段吸入罐，氣體進入堿洗塔。
　　2壓縮(compression)機結焦的原因
　　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雜化，在受熱的金屬設備內壁形成一層組成復雜的污垢物，即所謂的結焦。引起不飽和烴聚合結焦反應的因素(factor)分析如下：圖1C-201裂解氣壓縮機系統(system)工藝(Technology)流程示意1）溫度。溫度是不飽和烴聚合結焦的重要原因之一。裂解氣壓縮機的段間溫度隨著運轉時間(time)的延長而逐漸升高，從而為結焦創造了有利條件。
　　2）氧含量。微量氧的存在可誘發氧化物游離基的產生，為聚合結焦提供了引發條件。
　　3）水。水作為極性分子，對聚合結焦有一定的促進作用。
　　4）金屬離子鐵和其它金屬離子的存在，對二烯烴的聚合起到引發劑的作用。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焦的內在的根本原因。
　　3壓縮機不平衡故障
　　3.1轉子不平衡故障和特征
　　當轉子旋轉時，如果其質量中心與旋轉中心不重合時，將產生離心力。離心力是引起轉子和軸承振動的主要原因，這就是轉子的不平衡故障（fault）。轉子的質量不平衡所產生的離心力始終作用在轉子上，轉子每旋轉一周，就在轉子或軸承的某一測點處產生一次振動響應。因此它的振動頻率就是轉子的轉速工頻。轉子不平衡故障的主要特征表現為：1）在徑向振動的頻譜圖上，工頻成分突出；2）徑向振動的波形基本是一個正弦波；3）兩個相互垂直的徑向振動的時域信號，在相位上基本相差90°，合成的軸芯軌跡呈較為規則的橢圓狀。
　　3.2不平衡(balance)的產生原因
　　導致機組運行時轉子（rotor）不平衡的原因是多方面的，通常的因素如下：1）質量不均勻（形狀(shape)等）；2）結構不對稱（鍵槽等）；3）加工(Processing)不同心（澆鑄，機加工等）；4）裝配不同心（配合間隙，聯軸節不對中等）；5）配合件的配合情況變化；6）材料（應力釋放(release)，冷熱態等）；7）運行過程（腐蝕，磨損（零部件失效的一種基本類型），沖刷，斷缺，積塵，結焦垢等）。
　　因此，在轉子不平衡時采取哪種正確的維護措施恢復正常(normal)運行，取決于不平衡所產生的原因。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　對于裂解氣壓縮機，運行過程中的因素是最常見，最主要的原因之一。
　　4裂解氣壓縮機運行監測（Food Monitor)
　　4.1振動監測
　　為了監視壓縮機運行的機械振動，C-201壓縮機配備了美國BENTLY3300型軸振動監視儀表(instrumentation)。壓縮機軸振動值在現場有顯示(display)和輸出，同時還與其它參數一起被送到DCS系統。壓縮機的BENTLY電渦流式位移探頭布置見圖2所示。它是股份23套關鍵機組之一，由專業技術人員(personnel)對儀表的軸振動信號進行定期的頻譜和趨勢（trend)分析。
　　隨著轉子結焦程度的提高，轉子的振動(vibration)增大。
　　轉子上不均勻的結焦，將導致轉子的動不平衡，產生轉子的不平衡故障，在頻譜分析圖上顯示為轉速工頻成分的突出。
　　4.2監測因子
　　裂解氣壓縮機長期連續運轉后，各段的出入口溫度開始升高，壓力也隨之上升，壓縮機的能力將會顯得不足。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。為此，美國Nalco/Exxon提出了用N因子來監測壓縮機的運行狀態(status)。
　　N= Ln（Pd/Ps）/（Ln（Td/Ts）
　　Ln（Pd/Ps）/Ln（Td/Ts）-1 Pd，Td――壓縮機出口壓力，出口溫度；Ps，Ts――壓縮機入口壓力，入口溫度。
　　壓縮機的壓縮比（Ln（Pd/Ps））越大，而溫升（Ln（Td/Ts））越小時，說明壓縮能力越高。
　　由上式可見，N越大，壓縮能力越小，說明結焦程度越嚴重(serious)。
　　5裂解氣壓縮機運行狀態分析
　　5.1振動分析
　　圖3為低壓缸高壓側軸振動雙峰值（peak）的變化趨勢在1999年5月和11月底有兩次較高的振值。
　　圖4為1999年11月29日的振動信號頻譜分析圖，可見明顯的轉速工頻（5400RPM）成分，在其它探頭信號中也類似如此。振動信號分析表明壓縮機存在轉子不平衡(balance)故障。經過12月消缺檢修(Overhaul)后，軸振動回復到低振值水平并很穩定。
　　圖3低壓缸高壓側軸振動（X20111H）雙峰值（peak）趨勢
　　5.2監測因子分析
　　自1998年底至2000年4月底的運行期間，C-201壓縮(compression)機經過1999年5月底的大檢修和1999年12月的消缺檢修。在該運行期間內，記錄壓縮機(compressor)各段進出口溫度（temperature)和壓力并計算N因子，以時間順序生成圖表。
　　1）第一段N1因子。1999年5月份大修前達到最高水平，6月份開車后波動較大，到1999年11～12月份N又明顯增大，經過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月份大修前達到最高水平，6月份開車后一直比較平穩。在1998年12月消缺檢修后進一步回落且穩定。
　　裂解氣壓縮(compression)機（C-201）第一段N1因子示意圖5裂解氣壓縮機（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，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信號均出現較大的數值。低壓缸轉子（rotor）產生不平衡(balance)故障（fault），而其原因恰恰是由于聚合(polymerization)結焦。經過1999年5月份大修和12月份消缺檢修時的清焦，N因子和軸振動均有明顯下降(descend)。說明運用N因子和軸振動的綜合分析方法，可以更加準確的監測（Food Monitor)出壓縮機的結焦及所導致(cause)的轉子不平衡狀態。
　　6結焦的防治
　　為了防止壓縮機結焦，在壓縮機各段的物料管線都設有洗油注入線，由計量泵控制連續注入，這也是目前最常用的方法。昆山空壓機維修軸承跑外圈一般是因為配合的精度不夠以及外圈定位方式設計不合理造成的。并非所有機頭都按這個時間進行，如果保養好的可以延后，保養差的則需要提前。 洗油有兩個作用，一是沖刷附著在葉輪機套罩上的聚合物，二是冷卻(cooling)裂解氣，減緩聚合結焦。
　　但是，洗油并不能從根本上解決聚合結焦的問題，沖刷也不會徹底。從C-201運行歷史來看，依然存在一定程度的結焦。如在1999年5月25日停車大檢修時，揭蓋發現各級流道和葉輪（指裝有動葉的輪盤）上都存在嚴重的結焦，在1999年12月底消缺檢修時，也發現轉子上結焦嚴重。
　　為了改善防止結焦的效果，在C-201壓縮機洗油注入的基礎上，于2000年3月3日起開始增加(increase)使用美國Nalco/Exxon的EC3144A型裂解氣壓縮機阻聚劑。
　　7結語
　　裂解氣壓縮機的聚合結焦，將導致(cause)各級流道變窄，阻力增大，溫度升高，從而使壓縮機的負荷下降，影響(influence)裝置(Apparatus)的生產運行因此，分析和監測（Food Monitor)C- 201裂解氣壓縮機的結焦情況對于保證1 #乙烯裝置的"安穩長滿優"運行具有十分重要的意義。
　　a.運用美國Nalco/Exxon提供的N因子計算式，同時對壓縮機軸振動信號進行分析，可以更加準確有效地監測壓縮機的運轉情況，為裝置制定生產(Produce)和檢修方案提供可靠的依據。
　　b.要求定期準確記錄壓縮機各段的壓力和溫度變化并計算N因子，對壓縮機振動信號作定期的趨勢和頻譜分析，這也就需要加強對壓縮機進行多方面的技術管理。
　　c.從2000年3月3日加注EC3144A阻聚劑后的N因子和振動趨勢看，截止目前壓縮機運行狀態(status)良好。對于EC3144A阻聚劑的使用效果，需要經過較長時間的運行后，通過跟蹤(track)監測N因子和振動變化，并最終在下次揭蓋時才能作出適當的評價。