循环气压缩机PK30301故障原因分析及对策

王旭峰(中石化镇海炼化分公司，浙江 宁波 315100)

0 引言

镇海炼化30万吨/年聚丙烯装置自2010年11月投产后，循环气压缩机PK30301运行状态不平稳，振动波动大，介质带粉和带液严重，经常因振动高联锁停机。虽然机组设置A/B两台互为备用，但故障严重时两台机组同时检修，5 T/H 的低压丙烯无法回收，只能直排火炬燃烧，不仅造成较大经济损失，且易造成环境污染。

1 低压丙烯回收系统简介

1.1 工艺流程简介

聚丙烯粉末从闪蒸罐D30301中出来进入过滤器F30301，实现聚合物和丙烯单体分离，聚合物从下进入汽蒸罐D30501。气体从上离开过滤器，先经安全过滤器F30302，再在洗涤塔T30302中用白油和ATMER163/YG918的混合物进行洗涤，去除夹带的TEAL和细粉。泵P30304维持油在T30302中循环，塔顶冷却器E30304将循环气冷却到40～50 ℃，进入过滤器F30303再过滤夹带的细粉，最后经过分离器D30304进入压缩机[1]，流程如图1所示。

图1 低压丙烯回收系统流程图

1.2 压缩机简介

PK30301是回收单元的关键设备，型号：4K165-2K-1，为立式二级四列迷宫密封的往复压缩机，由江苏无锡压缩机股份有限公司生产，功率561.5 kW，转数742 r/min，流量3 000 m3/h，流程如图2所示。压缩机安装有进气阀卸荷装置(氮气无风卸荷)，对气量进行0—50%—100%分档调节，0%只用于启动。压缩机从出口侧到进口侧设置了一个 “二回一”旁路气动调节阀，此调节阀由设置在压缩机一级入口侧的压力变送器控制，用以满足压缩机气量75%～100%之间连续运行要求。

图2 PK30301流程图

2 主要故障现象

2.1 带液严重

压缩机检修后运行1个多月，振动逐渐上升，且波动幅度较大，停机拆检一级入口缓冲罐D30307和一级出口缓冲罐D30308内有较多油液，阀座及流道内油状物较多。

2.2 气阀有黑色聚合物结块

气阀温度尤其是二级出口气阀温度上升明显，接近联锁报警值，气阀脏、寿命短，上面有较多黑色发粘的聚合物。活塞抽出检查后发现活塞上下面有较多粘结物，影响上下止点间隙，严重时会导致活塞撞缸。

2.3 带粉严重

活塞和气阀带白粉，机组开起后6 h振动从2.5 mm/s到3.5 mm/s(正常运行2.5 mm/s左右)，振动高停机检修。二级排气阀室及排气阀有较多白色粉末，二级一列活塞底部较脏，有较多白色粉末，活塞下止点间隙几乎到零。

3 循环气压缩机PK30301故障原因分析

PK30301不能长周期平稳运行，故障率高，总结故障现象和原因，主要是：压缩机输送介质中带液造成“液击”或带粉末结块，造成振动和气阀温度异常上升，从而导致振动高或者二级出口气阀温度高联锁停机。

3.1 压缩机带液严重

压缩机夹杂带液有两种情况：一是T30302洗涤后的循环气中有较多白油，且经过F30303和D30304都未分离干净，最后带入压缩机，造成出、入口缓冲罐和气阀室内带油，活塞高速运转时形成“液击”，导致振动波动大，一部分油可能会通过填料窜入隔离腔和曲轴箱，导致润滑油遭受污染，油质变差，滤网堵塞、油压降低，甚至机械密封泄漏；二是刮油环长时间使用后未及时更换，刮油效果变差，曲轴箱内润滑油沿着活塞杆进入压缩机间隔腔，没有返回曲轴箱。

3.1.1 T30302洗涤后循环气带油严重

T30302内洗涤液使用时间变长，含有的TEAL 和粉末增多，洗涤的效果会变差，带到后系统的TEAL就会变多。洗涤塔的白油回流量大，温度高，气体带油较多；反之，气体带粉较多[2]。温度是通过塔顶冷却器E30304来冷却降低，换热器是U形管换热器，使用时间长后管束外会粘结白色粉末，换热效果变差，因此一个大修周期后，换热器都要拆检并机械清洗。T30302 的洗涤效果，通过调整油回流量、温度、铝含量、更换频次、降低反应单元的TEAL量即T/D比等措施来改善。

3.1.2 曲轴箱内润滑油窜入间隔腔内

压缩机是立式结构，运行时润滑油润滑主轴瓦、连杆大头瓦，再经过小头瓦和十字头，最后回落到油池。刮油环可将活塞杆上润滑油刮下，避免润滑油进入隔离腔。压缩机长久运行会因刮油环失效、回油孔堵塞导致润滑油回流不畅，存留在隔离腔内，甚至进入气缸造成“液击”，同时曲轴箱油位降低。通过持续观察油位发现一直保持平稳，故可排除气缸内带液是润滑油进入的可能。压缩机带液主要原因是洗涤后循环气夹带白油进入压缩机。

3.2 压缩机带粉严重

压缩机带粉有两种可能：一种是过滤器F30301、F30302、F30303的滤芯同时泄漏，使得循环气中夹带的PP粉末进入压缩机；另一种是压缩机内细粉不是聚丙烯粉末，而是相似的铝化合物。对于第一种情况经分析排除，原因如下：

F30301滤芯骨架是不锈钢，滤网是金属烧结毡，强度很大，不会轻易破损，且侧面设置12个电磁阀，通入干净丙烯气定期吹扫滤芯，保证滤网不被粉末堵塞，使用寿命一般在一个大修周期以上。F30302用来过滤当F30301泄漏时循环气内的粉末，运行时F30302压差变大，就要考虑F30301 滤芯失效。在此期间，F30302压差正常。

F30303是D30304入口过滤器，设置在T30302后，用来过滤循环气中残存的PP粉末。所以，从F30301到F30303的循环气，需经过三个过滤器，PP粉末想进入压缩机的可能性微乎其微。

对检修下来的黑色聚合物取样分析，里面铝含量较高，推测是残存的TEAL和氧气反应附着在细粉表面，然后通过压缩气体夹带进入机组后，在气缸活塞和气阀内积聚，随后往复运动在高温中形成的粘稠物质[3]。同时对白色粉末进行分析和用火灼烧，分析结果含铝，表面发粘，且在火中不燃烧、不熔化，由于聚丙烯的熔点在165 ℃[4]左右，如果是聚丙烯粉末，应该会软化、熔化，故粉末是宏观形状酷似聚丙烯粉末的铝化合物[5]。因此，压缩机带粉是循环气中未反应的TEAL所致。

4 改进措施

针对上面分析的各项原因，我们制定以下措施，用来解决PK30301 “带粉带油”问题。

4.1 改进检修方案

压缩机停车检修时，要根据压缩机运行状况和气阀、气缸拆检情况制定检修方案，对D30307、D30309、压缩机进出口管线及气缸回一段入口管线清理，必要时用高压水枪清理干净，再用气吹干，不能残存任何盲点死区，且在投用前要分析露点合格。因为在生产时TEAL和水异常敏感，会生成固体粉末，其反应方程式如下：

故停机时做好检修质量，并在置换吹扫时彻底排除系统中的水是保证机组长周期稳定运行的关键。

4.2 调整反应系统参数

根据聚丙烯生产时丙烯原料性质，调整聚合单元催化剂TEAL 的加入量。铝烯比(AL/PR)由设计值0.15～0.25 kg/t 调整成了0.11～0.12 kg/t，从源头上降低TEAL的含量，从而减少进入到T30302中的量。

4.3 调整洗涤塔运行维护指标

调整T30302 的工艺操作，摸索出最佳控制参数，定期换油，提高丙烯气的洗涤效果。加强T30302白油中的TEAL量的分析频次，降低TEAL的控制指标，一旦分析结果超标，马上安排置换白油，将TEAL量降至合格。严格控制T30302液位，正常液位保持在最下面视镜满格和上红线之间。将T30302液位低报由开关量改为模拟量，液位引入DCS以更精确控制T30302液位。压缩机一级、二级入口缓冲罐加大排油频次，每小时排油一次，避免气阀带油现象。

4.4 改造设备

除沫器D30304进行改造，将内件由原来的丝网除沫器结构改为内置静叶分离器，有效降低白油通过率，降低白油带入压缩机可能。

5 结语

通过以上措施的实施，循环气压缩机PK30301运行时间大幅延长，从原来的1～2个月的运行寿命，延长到半年左右，大大提高了设备的运行时间，确保装置的平稳运行，提高了生产效益。