高压往复压缩机柱塞振动、温度异常原因分析及预防措施

韦性尊，姚　颐，姜伟吉（中国石油兰州石化，甘肃兰州730000）



高压往复压缩机柱塞振动、温度异常原因分析及预防措施

韦性尊，姚颐，姜伟吉
（中国石油兰州石化，甘肃兰州730000）

摘要：针对于兰州石化高压聚乙烯车间核心设备二次压缩机C1202柱塞振动温度多次发生异常波动，导致生产非计划停车的问题，从超高压往复压缩机原理出发，从引起柱塞振动温度异常波动的原因入手，分析了当前操作和维护存在的问题，并提出整改措施，以达到维持装置长周期生产目的。

关键词：往复压缩机；润滑；原因分析；预防措施

二次压缩机C120Z由瑞士Burckhardt公司设计制造，机组采用10kV高压同步电动机降压启动，电机功率18000kW，压缩机能力为88T/H，为两段8缸往复式压缩机，采用对称布置，分为两线进料，每线每一段都有两个汽缸，压缩相等的物流，在压缩机的第一段，进料气体压力由27.0MPa压缩至125.0 MPa，在第二段压力升到设定压力（约260～290 MPa）。

二次压缩机机组共设有3个润滑油系统：外部油系统主要用于曲轴箱对曲轴主瓦及连杆大小头瓦进行润滑；冷却冲洗油系统主要用于对高压填料冷却以及对低压填料部位进行冲洗；内部油系统主要通过高压注油器对每个汽缸柱塞进行润滑和冷却。

二次压缩机每个工作缸由缸体、高压填料、低压填料、柱塞、活塞、中心阀、缸盖等部件组成，汽缸通过高强螺栓与中间体连接，活塞杆通过活塞背帽和弹性连杆连接。

为了监测柱塞运行过程的直线度和同轴度，在每个柱塞水平和垂直方向各设置有一个振动探头，对柱塞运行过程中水平、垂直方向的跳动进行监测，当振动值达到200μm时报警，400μm时装置联锁停车；同时在柱塞底部设置有一个温度探头，对柱塞运行过程中柱塞表面温度进行监测，70℃报警，75℃装置联锁停车。

从开车运行至今，装置多次发生因气缸柱塞振动及温度出现异常波动导致装置触发SP3A停聚合反应，二次机降压循环或机组联锁停车。

1　压缩机柱塞振动、温度异常原因分析

1.1维修安装出现误差导致二次机振动及温度异常［1］

对于二次压缩机检修更换填料时，需要清理柱塞表面，检查柱塞的磨损情况和尺寸，符合标准后才能安装，以保证柱塞和填料环尺寸匹配，安装后要盘车打表检查柱塞的水平和垂直方向跳动值小于0.05mm。对于检修后首次开车，有时会出现柱塞震动、温度的波动，这主要是新更换的高压填料密封环为标准件是按照新柱塞的情况设计，而大多数情况下柱塞已运行一段时间，不可避免会出现磨损，这样在运行过程中会出现柱塞和高压填料密封环的异常磨损，从而导致柱塞振动、温度异常波动。

1.2内部油油量不合理导致压缩机柱塞振动、温度异常波动

二次压缩机内部油系统主要通过高压注油器对每个汽缸柱塞进行润滑和冷却，一段每个汽缸设计有3个注油器，通过高压填料杯上的通道对柱塞进行润滑和冷却，3个注油点沿柱塞轴向分布，径向呈120°分布，如图1所示。以保证柱塞全行程润滑良好，二段汽缸设计有4个注油器，为保证柱塞端部润滑良好（即3号注油点）该点采用2个注油器并联，以防该点注油器故障后导致机组异常。每个注油器注油量可以根据该缸柱塞振动及温度。

装置二次压缩机内部油使用的是壳牌E220（S3 PY220）矿物油，由国内同类设备经验可知矿物油相对合成油来说润滑性能稍差，日常注油量较大，实际运行过程中要经常检查调节注油器，以保证柱塞润滑良好，当内部油油量不足时会影响填料与活塞之间的油膜形成［2］，会导致活塞与填料之间接触润滑不足，而产生异常磨损，引起柱塞振动、温度出现异常波动，当内部油量比较大时导致油膜厚度较大，柱塞阻力升高从而温度增加。

图1　注油点分布

1.3转产以及开车过程中升压过快导致二次压缩机柱塞温度及振动异常

二次压缩机C1202的出口压力会在装置开车以及转产的时候会发生改变，为了生产不同牌号的产品，通过调整脉冲阀，按照升压曲线进行调整C1202的出口压力。由于柱塞与高压填料密封环之间间隙非常小（径向0.10～0.2mm），高压填料杯与密封环轴向间隙只有0.10～0.20mm，升压的过程中被压缩的气体温度升高，如果操作过程中升压过快，会使得气缸内部温度急剧升高，由于气缸内各构件材质不同，所以其受热后形变量也会不同，从而极有可能会引起密封环在填料杯内卡死无法自由浮动，严重可能导致密封环与柱塞瞬间抱死，致使密封环断裂，从而导致柱塞运行中不断和损坏密封环接触、摩擦，引起柱塞振动、温度发生异常波动，导致填料泄漏量增大

1.4高压填料异常导致柱塞振动、温度波动异常

C1202压缩机密封填料是采用平面填料，每个单元由两块平面填料构成一组密封元件，朝向气缸的一块由三瓣径向切口组成，背离气缸的一块由三瓣斜切口组成，由于两块填料内径与柱塞杆加工精度高，在弹簧预紧力作用下，接触面产生真空效果，当气缸内的高压气体通过气缸侧填料切口间隙进入小室，两块填料被高压气体压紧在活塞杆上；而定位销固定使径向切口与斜切口错开，利用径向切口填料从轴向挡住斜切口，两块填料被高压气体压紧在一起，阻止气体轴向泄漏，同时，被高压气体推向填料函密封面，堵塞密封单元内沿填料与填料函接触面径向的泄漏，两块填料的切口都有一定间隙，以便内缘磨损后能自动补偿。

C1202压缩机填料函用5组单元达到密封效果。该填料组件在轴向有3条内部润滑油注入通道，分别向3个不同位置注入润滑油，填料函组件装在夹套中，有冷却冲洗油循环冷却，保证了由于摩擦产生的热量及时由冷却冲洗油带走，达到控温效果。如图2所示。

图2　填料函组件

首先，从工艺操作，排除了内部油、外部油、冷却冲洗油优良和油质等方面的原因，在每次进行更换填料时，发现填料函周围存在一部分低聚物［3］。从填料函结构来看，工艺运行过程中，供油量充足，油质良好的情况下，为了进一步解释造成填料的异常磨损，我们从低聚物入手，查看低聚物是否对柱塞有影响

1）资料［4］表明：“低聚物在正常运行中会对填料和柱塞起润滑作用，但是停车过程中，没有摩擦热和气体压缩产生的热量，填料函中的高压乙烯泄露节流膨胀，在填料函中产生制冷效果，冷冻后的低聚物像沙子一样坚硬”。我们可以这样推理，在下次开车的过程中，坚硬低聚物的粉末颗粒就像研磨剂一样，加剧了柱塞对填料的磨损，从而缩短了填料的使用寿命。

2）从填料润滑的原理分析，由注油器向填料函输送的高粘度内部油，首先充满填料函内各元件和柱塞形成的间隙空间，在柱塞和填料表面形成油膜。保证柱塞和填料的良好润滑，超出量一方面向着十字头方向流动，另一方面向气缸方向流动。积聚在填料函中的低聚物占据填料函的间隙空间，粘度大，不易流动，造成填料函内部润滑油存量显著减少，润滑效果下降；同时，堵塞填料函的径向间隙，流动性差，组织气缸吸气过程中有气体不能过填料环径向间隙，高压气体不能通过填料环径向间隙，高压气体必然沿着柱塞和填料表面向气缸流动，从而将柱塞表面和填料间隙内的润滑油带走，再一次使得柱塞表面和填料的润滑效果变坏，产生了严重的润滑不足，加速密封填料的组件磨损。当填料磨损到一定程度，填料的密封效果变差，其密封作用就有可能随着机组开工时间的延长而完全丧失。

2　二次机气缸柱塞振动及温度异常解决方案

2.1固化检修规程稳定检修质量避免气缸柱塞振动温度异常［5］

在检修安装的时候需要对气缸的填料，中心阀等进行检查，核实配件的完好度，在安装柱塞前，需要清理柱塞表面，检查柱塞的磨损情况和尺寸，符合标准后才能安装，以保证柱塞和填料环尺寸匹配，安装后要盘车打表检查柱塞的水平和垂直方向跳动值小于0.05mm，同时要检查高、低压填料的磨损情况，最好是同时更换一个汽缸的高低压填料、柱塞和中心阀，对使用一段时间的柱塞返厂进行抛光处理，确保检修质量。

2.2加强检查调节注油器的工作质量来确保柱塞润滑良好

由于柱塞温度变化有滞后性，因此发现柱塞温度上升时要高度重视，及时调节，如果柱塞温度达到700℃时发生报警，此时才调节很有可能温度仍持续上升从而达到750℃触发连锁而停车，因此要早发现，早调整。

3　总结

通过以上分析，可以看出引起超高压往复式压缩机柱塞振动、温度异常波动的原因主要有4个因素，而这些因素又是相互作用，彼此影响，很难说某一个因素是起决定作用，大多数情况下是几个因素共同作用，导致压缩机柱塞振动、温度异常波动，严重的导致高压填料失效或装置停车，因此，我们必须通过提高检修质量，优化工艺操作，加强日常操作维护等措施来保证机组安稳长周期运行。

参考文献：

［1］赵杰.超高压往复压缩机机体振动分析［J］.压缩机技术（2008）1:15-18.

［2］樊长博.往复式压缩机气体管道振动分析及消振方法［J］.科学技术与工程，2007（7）:1309-1312.

［3］戴新西，贺运初，王大勇.大型往复压缩机异常振动原因分析及处理［J］.石油和化工设备，2006.（3）:26-29.

［4］褚卫彬.超高压往复压缩机填料密封失效原因分析及措施［J］.天津大学，2009.

［5］郑祥龙，金明.压缩机活塞与十字头垂直同心度的检测和调整［J］.石油机械，2000，28（5）:22-25.

中图分类号：TH45