Y型焦炉煤气制氢压缩机运行故障的分析探讨

姚海峰，刘继云

（首钢京唐钢铁联合有限公司燃气厂，河北唐山063200）

Y型焦炉煤气制氢压缩机运行故障的分析探讨

姚海峰，刘继云

（首钢京唐钢铁联合有限公司燃气厂，河北唐山063200）

介绍了Y型压缩机工作参数和主要特点，分析了导向环、密封环、吸排气阀片等部件损坏的原因，并制定了一系列相关措施。

压缩机；活塞；导向环；密封环

1 引言

京唐公司能源部制氢站建有两套焦炉煤气制氢装置，制氢气能力均为1000 m3/h，先后承建。焦炉煤气中氢气含量60%以上，净化后的焦炉煤气经过压缩机三级压缩升压到1.8 MPa，通过变压吸附装置(5-3-1)，提取纯度高达99.999%的氢气，提取率达到85%以上，氢气供冷轧做保护气体，再生贫氢焦炉煤气供加热炉燃烧加热用。两套焦炉煤气制氢装置由焦炉煤气压缩单元、预处理净化单元、变压吸附提氢单元、脱氧干燥纯化单元四个单元组成。其中一期煤气压缩单元设置3台2D5.5W-20/18-Ⅰ对称平衡两列三级复动水冷活塞式；二期煤气压缩单元设置3台YD3-350G型进口焦炉煤气压缩机；由于D型压缩机在焦炉煤气制氢装置中广泛应用，而Y型压缩机在焦炉煤气制氢装置中首次应用，本文重点分析探讨Y型压缩机在焦炉煤气制氢装置中的异常故障和对策。

2 Y型压缩机的基本介绍

2.1 工作参数

压缩机是电机直联、两列三级Y型气缸布置，一级复动，二三级单动，水冷往复式压缩机；运动机构中曲轴、十字头润滑为轴头主油泵强制压力润滑，气缸中一级气缸为有油润滑，二三级气缸为无油润滑。

2.2 结构特点

（1）Y型结构，动力平衡型更强，无对称平衡型两列时的大飞轮结构，运转更加平稳。

（2）双中间隔离室氮气保护结构，保证内外无泄漏，提高运转的安全性。

（3）冷却器采用按气量140%大裕度设计，既保证冷却效果又可有效减小压缩机的脉动影响，同时减少因受焦油等粘性物质的粘壁效应而降低冷却效果造成的短周期检修次数。

（4）气阀采用专用材料制作，充分考虑了介质的粘性和腐蚀性，有效地延长压缩机不间断运行时间。

（5）机组采用撬装，结构紧凑，占地面积小。

PE900T型原子吸收分光光度计，珀金埃尔默股份有限公司；CEM MARS6型密闭微波消解系统，美国CEM公司；EH20A plus微控数显电热板，苏州江东精密仪器有限公司；BT125D型电子天平，德国赛多利斯集团；DQ3超纯水机，美国密理博公司。锌、铜和铬空心阴极灯，珀金埃尔默股份有限公司；硝酸、氢氟酸、盐酸均为优级纯，国药集团化学试剂有限公司；其他化学试剂为分析纯；试验用水为超纯水；所用玻璃器皿均用25%硝酸浸泡24 h；1 000 mg／L 锌、1 000 mg／L 铜和 1 000 mg／L 铬标准储备溶液，国家标准物质中心。

（6）设置吸排气阀顶开装置，实现可靠的无负荷启车，操作工作量减少。

3 Y型压缩机运行中出现的异常与分析

3.1 运行中发现的问题

3台YD3-350G型焦炉煤气压缩机一直采用单台运行，到2012年9月份，在不到两年的时间里平均单台机组运行7个月，还没有达到设备制造检修运行周期6000 h（8.3个月）的要求，发现近段时间YD3-350G型焦炉煤气1#压缩机组三级缸排气压力和温度异常波动，超过设备技术要求,并且有异音；由于三级缸压力1.8 MPa比较高，温度120℃以上，而且介质又是含氢气高达60%以上的有毒可燃焦炉煤气，超温超压极易发生设备事故和煤气爆炸、着火、中毒等事故。因此对1#压缩机组提前进行系统检修。检修发现问题：（1）三级缸活塞导向环损坏，活塞密封环磨损；（2）二级缸活塞导向环轻微磨损，活塞密封环没有磨损；（3）吸排气阀弹簧、阀片个别断裂。

3.2 故障的分析

根据压缩机检修发现的损坏部件，分析造成故障的原因：

（1）焦炉煤气品质。虽然焦炉煤气制氢装置中含有预处理净化单元，焦炉煤气一级压缩后进入净化装置进一步净化，但不能根除焦炉煤气中的杂质，尤其是焦油和奈等杂质，对气阀的弹簧有腐蚀性，在一定程度上增加了阀片和弹簧的疲劳损坏。

原料煤气杂质含量要求如表1。

表1 原料煤气杂质含量要求

（2）冷却水杂质太多。通过检修发现各级气缸水冷却室内积累了大量的淤泥，严重地影响到了压缩机气缸的冷却效果，而在二三级活塞为无油润滑，并且非金属活塞环的导热性能比金属环差得多，如果气缸内温度高，活塞环和导向环磨损加快，寿命和性能大大下降。

（4）导向环材质性能差：二三级活塞导向环应具备自润滑、耐温、抗压、抗腐蚀、抗疲劳性能。

（5）运动机构中曲轴、十字头安装精度不够，没有保证活塞运行与气缸的同心精度，促使导向环和密封环不均匀磨损。

4 解决措施

（1）在冷却水入口增加一个全自动清洗过滤器，改善压缩机冷却水的品质，从而提高气缸的冷却效果。

（2）加强现场巡检力度，关注三级气缸的温度、压力变化和异音，一旦发现异常及时停机检修，避免造成更大损失。

（3）加强高温高压煤气设备机组的精密点检，缩短系统检修周期。

（4）加强焦炉煤气预处理净化单元的运行管理，做到稳定、安全、有效、可靠；及时更换吸附剂，有效吸附煤气中的杂质。

（5）二三级活塞联动，强化保证运动机构中曲轴、十字头安装精度，保证二三级活塞运行与气缸的同心精度，减少导向环和密封环不均匀磨损。

（6）选用具备自润滑、耐温、抗压、抗腐蚀、抗疲劳、抗磨损性能比较好的导向环和密封环。

（7）选用具备抗腐蚀、抗疲劳、抗磨损性能比较好的阀片和弹簧。

5 结语

通过运行实践和系统检修，对YD3-350G型焦炉煤气压缩机有了更深入的认识，提出了相应的对策和保证措施，对YD3-350G型焦炉煤气压缩机在制氢装置中长周期、安全、稳定运行具有指导意义。

Analysis of Running Fault of Y Hydrogen Production Compressor of Coke Oven Gas

YAO Haifeng，LIU Jiyun
(Gas Plant,Shougang Jingtang Iron&Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063200,China)

The main working parameters and characteristics of Y type compressor are introduced.The damage causes of guide ring,sealing ring and suction and exhaust valves are analyzed.A series of related measures are worked out.

compressor;piston;guide ring;sealing ring

TH45

B

1006-6764(2013)07-0023-02

2013-01-17

姚海峰（1982-），男，2008年毕业于东北电力大学建筑环境与设备工程专业，助理工程师，现从事燃气设备管理工作。