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压缩机故障及其结焦的研究

压缩机故障及其结焦的研究

  

  1裂解气压缩机工艺简介
  乙烯装置(Apparatus)是从日本三菱油化株式会社引进的成套装置,经过多次改造,现已年生产150kt.其中C-201裂解气压缩机型号(xíng hào)为34M-6X5,采用两缸三段压缩工艺。昆山空压机维修是更换全部磨损的零件,空压机转1000个小时或一年后,要更换滤芯,在多灰尘地区,则更换时间间隔要缩短。滤清器维修时必须停机,检查压缩机所有部件,排除压缩机所有故障。昆山空压机维修轴承跑外圈一般是因为配合的精度不够以及外圈定位方式设计不合理造成的。并非所有机头都按这个时间进行,如果保养好的可以延后,保养差的则需要提前。 裂解气经一段压缩后,排出气体被海水冷却,进入二段吸入罐中分离。油层送汽油解吸塔,水层回到工艺水油分离器,气体进入二段压缩。二段排出气体经海水冷却后,进入三段吸入罐进行气液分离,凝液用液面控制回到二段吸入罐,气体进入三段压缩。三段排出气体经海水冷却后,进入三段出口罐进行气液分离,凝液用液面控制回到三段吸入罐,气体进入碱洗塔。
  2压缩(compression)机结焦的原因
  由于裂解气中含有各种不饱和烯烃,金属氧化物和硫化物,特别是硫化物,杂环氧化物,微量的溶解或悬浮状的金属离子共存,使烯烃,双烯烃的自聚共聚复杂化,在受热的金属设备内壁形成一层组成复杂的污垢物,即所谓的结焦。引起不饱和烃聚合结焦反应的因素(factor)分析如下:图1C-201裂解气压缩机系统(system)工艺(Technology)流程示意1)温度。温度是不饱和烃聚合结焦的重要原因之一。裂解气压缩机的段间温度随着运转时间(time)的延长而逐渐升高,从而为结焦创造了有利条件。
  2)氧含量。微量氧的存在可诱发氧化物游离基的产生,为聚合结焦提供了引发条件。
  3)水。水作为极性分子,对聚合结焦有一定的促进作用。
  4)金属离子铁和其它金属离子的存在,对二烯烃的聚合起到引发剂的作用。水量越多,水温越高,金属离子化倾向也越高。
  5)物料中不饱和(saturation)烃的浓度。不饱和烃的存在是聚合结焦的内在的根本原因。
  3压缩机不平衡故障
  3.1转子不平衡故障和特征
  当转子旋转时,如果其质量中心与旋转中心不重合时,将产生离心力。离心力是引起转子和轴承振动的主要原因,这就是转子的不平衡故障(fault)。转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上,转子每旋转一周,就在转子或轴承的某一测点处产生一次振动响应。因此它的振动频率就是转子的转速工频。转子不平衡故障的主要特征表现为:1)在径向振动的频谱图上,工频成分突出;2)径向振动的波形基本是一个正弦波;3)两个相互垂直的径向振动的时域信号,在相位上基本相差90°,合成的轴芯轨迹呈较为规则的椭圆状。
  3.2不平衡(balance)的产生原因
  导致机组运行时转子(rotor)不平衡的原因是多方面的,通常的因素如下:1)质量不均匀(形状(shape)等);2)结构不对称(键槽等);3)加工(Processing)不同心(浇铸,机加工等);4)装配不同心(配合间隙,联轴节不对中等);5)配合件的配合情况变化;6)材料(应力释放(release),冷热态等);7)运行过程(腐蚀,磨损(零部件失效的一种基本类型),冲刷,断缺,积尘,结焦垢等)。
  因此,在转子不平衡时采取哪种正确的维护措施恢复正常(normal)运行,取决于不平衡所产生的原因。昆山空压机是回转容积式压缩机,在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合,使两个转子啮合处体积由大变小,从而将气体压缩并排出。
  对于裂解气压缩机,运行过程中的因素是最常见,最主要的原因之一。
  4裂解气压缩机运行监测(Food Monitor)
  4.1振动监测
  为了监视压缩机运行的机械振动,C-201压缩机配备了美国BENTLY3300型轴振动监视仪表(instrumentation)。压缩机轴振动值在现场有显示(display)和输出,同时还与其它参数一起被送到DCS系统。压缩机的BENTLY电涡流式位移探头布置见图2所示。它是股份23套关键机组之一,由专业技术人员(personnel)对仪表的轴振动信号进行定期的频谱和趋势(trend)分析。
  随着转子结焦程度的提高,转子的振动(vibration)增大。
  转子上不均匀的结焦,将导致转子的动不平衡,产生转子的不平衡故障,在频谱分析图上显示为转速工频成分的突出。
  4.2监测因子
  裂解气压缩机长期连续运转后,各段的出入口温度开始升高,压力也随之上升,压缩机的能力将会显得不足。昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。为此,美国Nalco/Exxon提出了用N因子来监测压缩机的运行状态(status)。
  N= Ln(Pd/Ps)/(Ln(Td/Ts)
  Ln(Pd/Ps)/Ln(Td/Ts)-1 Pd,Td――压缩机出口压力,出口温度;Ps,Ts――压缩机入口压力,入口温度。
  压缩机的压缩比(Ln(Pd/Ps))越大,而温升(Ln(Td/Ts))越小时,说明压缩能力越高。
  由上式可见,N越大,压缩能力越小,说明结焦程度越严重(serious)。
  5裂解气压缩机运行状态分析
  5.1振动分析
  图3为低压缸高压侧轴振动双峰值(peak)的变化趋势在1999年5月和11月底有两次较高的振值。
  图4为1999年11月29日的振动信号频谱分析图,可见明显的转速工频(5400RPM)成分,在其它探头信号中也类似如此。振动信号分析表明压缩机存在转子不平衡(balance)故障。经过12月消缺检修(Overhaul)后,轴振动回复到低振值水平并很稳定。
  图3低压缸高压侧轴振动(X20111H)双峰值(peak)趋势
  5.2监测因子分析
  自1998年底至2000年4月底的运行期间,C-201压缩(compression)机经过1999年5月底的大检修和1999年12月的消缺检修。在该运行期间内,记录压缩机(compressor)各段进出口温度(temperature)和压力并计算N因子,以时间顺序生成图表。
  1)第一段N1因子。1999年5月份大修前达到最高水平,6月份开车后波动较大,到1999年11~12月份N又明显增大,经过12月消缺检修后,N1又回落到较低水平。
  2)第二段N2因子。1999年5月份大修前达到最高水平,6月份开车后一直比较平稳。在1998年12月消缺检修后进一步回落且稳定。
  裂解气压缩(compression)机(C-201)第一段N1因子示意图5裂解气压缩机(C-201)第二段N2因子示意3)第三段N3因子(见图6)。从1998年底开始有缓慢增大趋势,在1998年12月消缺检修后有所回落。
  5.3综合分析
  从图3~6可见,在1999年5月和11月底,一段,二段的N因子和低压缸的轴振动信号均出现较大的数值。低压缸转子(rotor)产生不平衡(balance)故障(fault),而其原因恰恰是由于聚合(polymerization)结焦。经过1999年5月份大修和12月份消缺检修时的清焦,N因子和轴振动均有明显下降(descend)。说明运用N因子和轴振动的综合分析方法,可以更加准确的监测(Food Monitor)出压缩机的结焦及所导致(cause)的转子不平衡状态。
  6结焦的防治
  为了防止压缩机结焦,在压缩机各段的物料管线都设有洗油注入线,由计量泵控制连续注入,这也是目前最常用的方法。昆山空压机维修轴承跑外圈一般是因为配合的精度不够以及外圈定位方式设计不合理造成的。并非所有机头都按这个时间进行,如果保养好的可以延后,保养差的则需要提前。 洗油有两个作用,一是冲刷附着在叶轮机套罩上的聚合物,二是冷却(cooling)裂解气,减缓聚合结焦。
  但是,洗油并不能从根本上解决聚合结焦的问题,冲刷也不会彻底。从C-201运行历史来看,依然存在一定程度的结焦。如在1999年5月25日停车大检修时,揭盖发现各级流道和叶轮(指装有动叶的轮盘)上都存在严重的结焦,在1999年12月底消缺检修时,也发现转子上结焦严重。
  为了改善防止结焦的效果,在C-201压缩机洗油注入的基础上,于2000年3月3日起开始增加(increase)使用美国Nalco/Exxon的EC3144A型裂解气压缩机阻聚剂。
  7结语
  裂解气压缩机的聚合结焦,将导致(cause)各级流道变窄,阻力增大,温度升高,从而使压缩机的负荷下降,影响(influence)装置(Apparatus)的生产运行因此,分析和监测(Food Monitor)C- 201裂解气压缩机的结焦情况对于保证1 #乙烯装置的"安稳长满优"运行具有十分重要的意义。
  a.运用美国Nalco/Exxon提供的N因子计算式,同时对压缩机轴振动信号进行分析,可以更加准确有效地监测压缩机的运转情况,为装置制定生产(Produce)和检修方案提供可靠的依据。
  b.要求定期准确记录压缩机各段的压力和温度变化并计算N因子,对压缩机振动信号作定期的趋势和频谱分析,这也就需要加强对压缩机进行多方面的技术管理。
  c.从2000年3月3日加注EC3144A阻聚剂后的N因子和振动趋势看,截止目前压缩机运行状态(status)良好。对于EC3144A阻聚剂的使用效果,需要经过较长时间的运行后,通过跟踪(track)监测N因子和振动变化,并最终在下次揭盖时才能作出适当的评价。


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