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聚丙烯二級(jí)螺桿壓縮機(jī)故障分析
摘要：本文主要介紹聚丙烯二級(jí)螺桿壓縮機(jī)在每次檢修后開(kāi)啟時(shí)都會(huì)出現(xiàn)與一級(jí)壓縮機(jī)做功不匹配的頻繁喘振，機(jī)封泄漏故障，同時(shí)敘述了內(nèi)循環(huán)噴淋介質(zhì)改造及使用效果，希望為設(shè)備操作管理人員提供類(lèi)似經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：螺桿壓縮機(jī);垢下腐蝕;噴淋介質(zhì);喘振
引言
青島石油化工有限責(zé)任公司聚丙烯裝置采用小本體法間歇式生產(chǎn)，產(chǎn)品為聚丙烯粉料，回收丙烯氣中或多或少帶有聚丙烯粉料從而導(dǎo)致氣柜壓縮機(jī)無(wú)法選用往復(fù)式壓縮機(jī)，又因?yàn)閴嚎s后的丙烯氣壓力需為1.75-1.85MPa，所以壓縮機(jī)主要采用螺桿式壓縮機(jī)兩臺(tái)連續(xù)壓縮方式，為了符合一二級(jí)同步并匹配，本裝置采用一變頻同時(shí)調(diào)節(jié)兩臺(tái)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的一拖二方式，壓縮機(jī)噴淋介質(zhì)為循環(huán)水，開(kāi)車(chē)后改為循環(huán)水內(nèi)循環(huán)。本文主要介紹二級(jí)壓縮機(jī)在每次檢修后開(kāi)機(jī)頻繁出現(xiàn)喘振，機(jī)封泄漏故障，通過(guò)內(nèi)循環(huán)水改造后，使用效果明顯好轉(zhuǎn)。
一、聚丙烯裝置二級(jí)螺桿壓縮機(jī)K0301B結(jié)構(gòu)
1.1 二級(jí)螺桿壓縮機(jī)主要參數(shù)
丙烯氣二級(jí)螺桿壓縮機(jī)
型號(hào) LG4/0.45-2.2 入口氣量 4m3/min
轉(zhuǎn)速 3000r/min 入口壓力 0.45MPa
排氣溫度≤85℃ 出口壓力 2.2MPa
額定功率 110kW 壓縮級(jí)數(shù) 二級(jí)
壓縮機(jī)重 400kG
1.2 K0301B結(jié)構(gòu)形式。螺桿壓縮機(jī)K0301B采用上進(jìn)上出形式，兩個(gè)轉(zhuǎn)子支于進(jìn)排氣座的軸承上，陽(yáng)轉(zhuǎn)子有四個(gè)凸齒，陰轉(zhuǎn)子具有六個(gè)與陽(yáng)轉(zhuǎn)子凸齒相嚙合的凹齒。陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在吸氣端外側(cè)均有同步齒輪，保證螺桿齒型間持有正常的工作間隙。同步齒輪的速比與螺桿轉(zhuǎn)子齒數(shù)比相等。同步齒輪安裝于壓縮機(jī)吸入端的外側(cè)，并有壓力油潤(rùn)滑以確保陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子同步運(yùn)轉(zhuǎn)。氣缸體、排氣座分別設(shè)有三角形徑向排氣孔口和蝶形軸向排氣孔口。徑向排氣口和軸向排氣口保證排氣時(shí)氣缸壓力達(dá)到最佳設(shè)計(jì)值，并使效率趨向最佳。
二、故障現(xiàn)象
2.1 由于壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間壓縮帶有聚丙烯粉料的丙烯氣，壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致壓縮機(jī)腔內(nèi)聚丙烯粉料集聚、結(jié)垢導(dǎo)致波紋管密封動(dòng)環(huán)波紋管失彈，無(wú)法補(bǔ)償，密封失效，最終丙烯氣及噴淋介質(zhì)水進(jìn)入油箱，造成油箱"開(kāi)鍋"，機(jī)械密封泄漏。
2.2 拆檢時(shí)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子有腐蝕，但無(wú)結(jié)垢。壓縮機(jī)腔體有結(jié)垢將垢清理，表面有腐蝕。
2.3 每次檢修后二級(jí)壓縮機(jī)開(kāi)啟時(shí)都會(huì)出現(xiàn)與一級(jí)壓縮機(jī)做功不匹配，喘振等現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為，二級(jí)壓縮機(jī)入口壓力升高，最高達(dá)到0.85MPa時(shí)突然降低，同時(shí)還表現(xiàn)在二級(jí)壓縮機(jī)電流由114A增大到146A然后降低，循環(huán)往復(fù)。最終導(dǎo)致二級(jí)壓縮機(jī)機(jī)械密封泄漏。
三、原因分析及措施
3.1 長(zhǎng)周期運(yùn)行機(jī)械密封泄漏。由于壓縮機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行機(jī)械密封泄漏主要原因是丙烯氣中帶有聚丙烯粉料，粉料長(zhǎng)時(shí)間集聚、結(jié)垢，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)密封波紋管失彈，動(dòng)環(huán)無(wú)法補(bǔ)償，最終導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。改進(jìn)措施為：更換氣柜出口過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)，同時(shí)規(guī)定每天定期切換出口過(guò)濾網(wǎng)，并及時(shí)清理過(guò)濾網(wǎng)粉料。
3.2 陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子及腔體腐蝕。本套設(shè)備采用的噴淋介質(zhì)為循環(huán)水，循環(huán)水由于循環(huán)使用最終導(dǎo)致循環(huán)水的濃縮倍數(shù)不斷提高。水中成垢鹽類(lèi)及腐蝕性離子也成倍增加，最終導(dǎo)致二級(jí)壓縮機(jī)腔體及陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子形成垢下腐蝕。垢下封閉區(qū)域?yàn)殛?yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)則是鐵的溶解即陽(yáng)極反應(yīng) ： Fe=Fe2++2e- Fe2++2H2O=Fe(OH)2+2H+
使垢下介質(zhì)的pH值進(jìn)一步降低，加快腐蝕。
陰極反應(yīng) ：O2+2H2O+4e-=4OH-
由于二級(jí)壓縮機(jī)壓力較高噴淋介質(zhì)的噴淋沖刷力較強(qiáng)，最終導(dǎo)致陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象，但明顯可以看見(jiàn)密封線全部腐蝕掉，從而可以推斷陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子一直進(jìn)行結(jié)垢、垢下腐蝕、沖刷等循環(huán);二級(jí)壓縮機(jī)封腔內(nèi)有垢，清理后可明顯看見(jiàn)腐蝕情況。
措施：為減緩腐蝕情況，改循環(huán)水為除鹽水，減少水中成垢鹽類(lèi)及腐蝕性離子，同時(shí)增加噴淋介質(zhì)內(nèi)循環(huán)水的排放次數(shù)，達(dá)到稀釋濃縮倍數(shù)。注：由于白油比循環(huán)水耐腐蝕情況好，2013年4月改循環(huán)水為白油，由于白油比熱{2.6J/(KG.℃)}比水比熱{4.2J/(KG.℃)}小很多，壓縮后氣體的熱量不能充分被吸收帶走，所以導(dǎo)致氣體溫度升高。該方法效果不好，無(wú)法使用。
3.3 檢修后二級(jí)壓縮機(jī)與一級(jí)壓縮機(jī)做功不匹配。由于二級(jí)壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子及壓縮機(jī)腔的腐蝕導(dǎo)致檢修后再次開(kāi)起時(shí)，同等情況下，二級(jí)壓縮機(jī)做功能力小于原沒(méi)有腐蝕時(shí)，從而導(dǎo)致每次檢修后二級(jí)壓縮機(jī)做功與一級(jí)壓縮機(jī)做功不匹配，出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。
措施：由于一二級(jí)壓縮機(jī)變頻使用為一拖二形式，調(diào)節(jié)變頻時(shí)，一二級(jí)轉(zhuǎn)速同時(shí)變化，為了讓二級(jí)壓縮機(jī)能夠滿足一級(jí)壓縮機(jī)的做功能力，我們采取提高二級(jí)壓縮機(jī)電機(jī)的起始轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到二級(jí)壓縮機(jī)滿足一級(jí)壓縮機(jī)做功。
3.4 喘振造成機(jī)械密封泄漏。二級(jí)壓縮機(jī)檢修后由于一二級(jí)壓縮機(jī)因不匹配，出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，反復(fù)出現(xiàn)多次壓力波動(dòng)、振動(dòng)波動(dòng)，引起機(jī)械密封受力波動(dòng)過(guò)大，端面出現(xiàn)分離、磨損，導(dǎo)致機(jī)封泄漏。
措施：及時(shí)調(diào)節(jié)二級(jí)壓縮機(jī)的電機(jī)起始轉(zhuǎn)速，使一二級(jí)壓縮機(jī)做功匹配，從而消除喘振現(xiàn)象。
四、改造后效果
通過(guò)本次改造經(jīng)統(tǒng)計(jì)優(yōu)化有：①氣柜出口濾網(wǎng)目數(shù)改造，增加了清過(guò)濾網(wǎng)的次數(shù)，但使二級(jí)壓縮機(jī)密封的使用情況得到好轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)密封長(zhǎng)周期運(yùn)行壽命有所提高。②噴淋介質(zhì)改為除鹽水，定期排放內(nèi)循環(huán)水使除鹽水定期置換達(dá)到水質(zhì)好，定期檢修時(shí)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子沒(méi)有腐蝕，壓縮機(jī)腔沒(méi)有結(jié)垢現(xiàn)象，檢修結(jié)束后二級(jí)壓縮機(jī)做功能力不變，不需調(diào)節(jié)二級(jí)壓縮機(jī)電機(jī)起始轉(zhuǎn)速，仍能滿足生產(chǎn)需求，同時(shí)減少因喘振造成機(jī)械密封泄漏的損失。
五、結(jié)論
自改造以來(lái)，對(duì)二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封完好，壓縮機(jī)腔及陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子無(wú)腐蝕，重新組裝使用未產(chǎn)生喘振現(xiàn)象，從而減少因喘振造成的機(jī)械密封泄漏，減少密封造成的損失每臺(tái)套10278元，同時(shí)減少因設(shè)備故障造成生產(chǎn)損失每次504000元，凈利潤(rùn)28800元(每次搶修約16小時(shí)，聚合釜反應(yīng)生產(chǎn)2輪，每輪12釜，每釜產(chǎn)聚丙烯3噸，每噸約7000元)。通過(guò)使用證明本次對(duì)氣柜出口過(guò)濾器過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)改造和壓縮機(jī)噴淋介質(zhì)改造是成功的。
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