往复式压缩机排气温度高的原因分析及处理措施

刘凯，李宝恒，白海云

（中国石油兰州石化分公司石油化工厂，甘肃兰州 730060）

某国产厂家ZW-6.3/12.15型闪蒸汽压缩机是聚乙烯装置的重要设备，主要作用是将聚乙烯淤浆（己烷、乙烯、粉末等混合物）进入闪蒸罐减压闪蒸后的气体送至反应釜进行循环使用，该压缩机对聚乙烯反应氢乙烯比的控制、产品质量、减少物耗有很大作用。2020年1月以来，该压缩机多次因一段排气温度高于145℃而联锁停机，闪蒸气无法回收，大量排放至火炬系统。造成乙烯、己烷损耗量大，装置操作难度增加，产品质量出现波动。

1 结构及技术参数

该闪蒸气压缩机为立式无油润滑迷宫往复式压缩机，带中间冷却器的两级压缩结构，最高入口压力为0.016 MPa，排气压力为1.215 MPa，进气温度为0~40℃，一段排气温度高联锁值为145℃，二段排气温度高联锁值为135℃。

2 故障现象及原因分析

该压缩机正常运行时一段排气温度为125~135℃之间。停机前，也出现过因一段排气温度达145℃而导致的联锁停机情况。对吸气、排气阀进行更换后，仍然出现排气温度高的现象，检查发现气缸夹套循环水回水管线不畅，局部过热，就地直排夹套循环水回水后温度略有下降，因排气温度高联锁停机频次减少。将气缸顶部循环水回水导淋打开直接喷淋气缸后排气温度在一段时间内降至135℃~140℃之间，后又出现一段排气温度联锁停机现象。此次出现的频繁停机发生在气缸喷淋循环水降温的情况下。因此，全面分析该压缩机的故障原因尤为必要。

2.1 进气温度高

压缩机进气缓冲罐及一段入口缓冲罐温度分别为60℃及57℃，远高于压缩机进气温度不大于40℃的设计值。使用便携式测温仪实测两台缓冲罐温度为58℃及55℃，排除了现场温度计故障的原因。现场逐一检查了进气工艺管路及流程均未发现异常。在进气缓冲罐顶部蒸汽加热管线阀后测量温度为120℃，阀处于全关状态，初步判断蒸汽加热阀门内漏导致压缩机进气温度高。

2.2 气缸冷却效果差

往复式压缩机运行过程中，气缸冷却发挥着重要的作用，可以降低往复压缩机运行时的温度，若气缸冷却水夹套内结垢时就会导致往复压缩机气缸冷却效果差，排气温度升高，影响压缩机的运行。该压缩机已使用近20年，气缸循环水夹套因手孔盖拆卸困难从未进行清洗，长时间使用过程中，夹套内循环水结垢，流通面积变小，气缸夹套内循环水压降大，造成循环水上水、回水压力差减小，导致循环水流量低，冷却效果进一步下降。如前所述，将气缸顶部循环水朝天导淋阀打开后水直接喷淋气缸，通过冷却水在气缸表面的蒸发吸热，对压缩机排气温度的降低起到了一定作用。

2.3 出口管网压力值高

往复压缩机绝热压缩计算公式为：

式中：Ts、Td—吸、排气温度，℃；ε—压缩比，Ps、Pd—吸、排气绝对压力，MPa；k—气体绝热指数。

从上式可知，排气温度Td与压缩比ε成正比，压缩比越大，排气温度越高。该压缩机出口压力设计值为1.215 MPa，正常操作时二段缓冲罐出口管网压力设定值为1.1 MPa，操作压力在设计值范围内，但属于偏高水平。在满足生产运行的前提下，出口管网压力有进一步下调的空间。

2.4 活塞磨损漏气

活塞采用迷宫密封形式，铸铁材质。如果在气体压缩过程中活塞泄漏，高压侧的高温气体泄漏至低压侧，可导致气缸内吸气侧温度升高。当活塞再次压缩时，原吸气侧的气体被再次压缩，而高压侧的高温气体再次泄漏至低压侧，在活塞数次循环工作过程中，排气温度将会持续升高。导致活塞泄漏的原因主要有：①活塞使用时间过长，介质中的微量粉末进入到迷宫槽内，活塞阻塞气体泄漏的“迷宫效应”功能减弱；②活塞杆、十字头、连杆安装时不对中，使活塞偏磨，迷宫槽被磨平；③活塞的材质不符合硬度及膨胀要求等。

2.5 气阀损坏

气阀是活塞式压缩机易损件之一，其作用是控制气体及时吸入和排出气缸。进、排气阀泄漏都会引起排气温度的升高。如排气阀泄漏，在吸入过程中处于气缸排气腔的高温气体会通过排气阀被吸入到气缸中，导致气缸内吸气侧温度升高。当压缩时，被吸入气缸的高温气体被再次压缩，在数次的压缩循环中，有部分气体被循环多次压缩，使温度累计上升。而吸气阀出现泄漏，会使下一级吸气量减少而导致本级排气压力、温度升高。气阀损坏主要有以下几种情况：①气阀阀片变形、破损，气阀阀片被异物卡塞。②气阀阀座面腐蚀或阀座垫断裂。③气阀弹簧损坏引起气阀阀片断裂，而气阀阀片断裂又加速气阀阀座的损坏，从而导致在气阀阀片处倒气，引起排气温度超高。④阀片在升程过程中受阻或弹簧弹力过大。

3 处理措施及效果

3.1 更换蒸汽加热阀门、降低进气温度

该压缩机的进气温度高是由于蒸汽加热阀门内漏造成，阀门为DN25口径的焊接阀，通过更换该蒸汽阀门，切断蒸汽对压缩机入口缓冲罐的加热。阀门更换后，入口缓冲罐温度下降至32℃，低于40℃的设计值。

3.2 下调管网压力

压缩机的二段出口管网压力只需大于反应釜最高工作压力即可。因此，在二段出口压力与设计压力接近的情况下调低管网压力能够同步降低一、二段排气压力，达到降低压缩机排气温度的目的，且具备可操作性。将管网压力从1.1 MPa下调为0.9 MPa， 重新设定后的压力仍然高于反应釜最高工作压力值（0.6 MPa），在满足生产运行的条件下通过减小压缩比降低了排气温度。

3.3 气缸拆卸、清理夹套

在将近20年的使用过程中，气缸循环水夹套一、二段共4个排污手孔因腐蚀原因从未拆卸过，期间尝试了使用专用工具拆除、气焊加热拆除等方式均没有成功。考虑到在生产装置内气焊切割拆除手孔将产生大量火花，安全隐患较大，因此将气缸整体拆卸后吊装至固定动火区对排污手孔进行切割拆除。打开后发现气缸夹套内部淤泥多，壁垢层厚（见图1）造成传热系数低。使用高压水枪对气缸夹套进行冲洗并对附着在内壁的垢层进行酸洗，部分垢层脱落，提高了气缸的传热系数。

图1 气缸夹套内淤泥及垢层

2020年5月27日，以上措施实施完毕，并检查活塞完好无磨损，压缩机检修复位后开车。开车初期参数基本正常，运行一周后又出现一段排气温度高于145℃压缩机联锁停机，并伴随流量偏低的现象。

3.4 更换气阀

压缩机再次因一段排气温度高联锁停机，因此先检查了一段排气、二段吸气共4个气阀，未发现异常。再次开机后经过反复确认，并通过测振仪发现二段上排气阀压盖振动值为其他排气阀压盖的2倍。2020年6月8日检查发现二段排气阀中心螺栓断裂，阀片、缓冲片损坏严重（见图2）。经过现场检查与尺寸测量，二段排气阀损坏原因为疲劳使用，支撑圈与阀盖处存在1.0 mm间隙，压缩机做功过程中气阀座与气缸周期性的撞击造成中心螺栓及阀片疲劳断裂。

图2 二段排气阀损坏

更换气阀后，该压缩机一段出口温度始终保持在130℃以内，一段排气压力为0.30 MPa，检修后已连续稳定运行9个月，未发生因排气温度高联锁停机现象，压缩机运行状况良好。

4 结论

该闪蒸气压缩机排气温度高的根本原因是气缸冷却效果差及一段进气温度高。由于在气缸拆卸清理前对气阀进行了更换，气阀盖的密封垫片更换后未准确测量及调整。二段排气阀的疲劳损坏是6月3日一段排气温度高联锁停机的直接原因。因此， 针对无油润滑的迷宫型往复式压缩机，排气温度高的问题分析应该从水路、气路两个方面多层次进行分析。