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往复式氢气压缩机气阀的操作与维护--往复式氢气压缩机在大庆炼化公司润滑油厂的实际

往复式氢气压缩机气阀的操作与维护--往复式氢气压缩机在大庆炼化公司润滑油厂的实际

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图1  异构脱蜡装置。



作为压缩机上的一个重要部件,应给予足够的重视。对加氢工艺来说,由于低分子量气体的存在,以及由于流量控制和满足变换工况要求的能力等原因,使运行中的问题更加严峻。

炼油和加氢装置因负荷大而广泛使用往复式压缩机。压缩机的性能对装置的可靠性有较大的影响,因此在最初的设计阶段就需要对这些影响压缩机性能的因素加以考虑。同时,运行和维护也会极大地影响设备安全,考虑到整个装置的安全性和经济性,应使用技术娴熟的人员来完成各项工作。此外,特殊的工艺和机组布置,对设备本身,及其相联系的所有部件,包括气缸和气阀等的最终性能都有重要影响。

大庆炼化公司位于中国石油资源重地黑龙江省大庆市,隶属于中国石油集团。柯赞尼公司是意大利往复式压缩机气阀的主要供应商之一,以下为该公司气阀在大庆炼化公司润滑油装置严峻工况下运行经验的分析。

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压缩机的应用

工艺

大庆炼化公司的装置包括若干不同的面对各种应用和产品的装置,根据应用的严格程度和所采用的工艺要求,使用不同的机组(例如重载应用会使用进口压缩机),但根据应用的严格程度和工艺要求,新扩建装置也使用了国产机组。

1997年大庆炼化公司润滑油厂从意大利进口了4台往复式压缩机,分别是2个气缸和4个气缸。装置的设计是一开一备,以避免在对设备部件进行维修时导致装置停工。

大庆炼化公司润滑油厂异构脱蜡装置(图1)引进美国Chevron专利技术,生产高粘度指数、低倾点的优质润滑油基础油,副产优质航空煤油和柴油,装置的氢气来自变压吸附装置(PSA)。

设备

新氢压缩机和循环氢压缩机的介质是氢气和碳氢化合物的混合气体。新氢压缩机(图2)有4个气缸,3级压缩,把气体从11bar压缩至145 bar。它由一台3相感应电动机驱动,频率50Hz,额定功率940kW,转速为328r/min。循环氢压缩机(图3)运行压力在110~145bar之间,由2个对置的气缸执行不同压缩工艺,并且在不同的压力下运行。该机组与新氢压缩机的转速相同,但电动机的功率是650kW。


图2  补充氢压缩机。

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经验

由于技术和计算能力的持续改进,类似的对称平衡型机组已在世界范围,包括中国的炼油和石化装置中大量使用,且效果良好。先进的程序被用来测定压缩机和相关气阀的特点和性能。

气缸材料的选择要根据压力和被压缩的介质来决定。铸铁用于低压力,锻钢用于压力最高的最后一级。为了降低气缸润滑油的消耗,并且维持高性能,密封件选用塑性材质。


图3  循环氢压缩机。


气阀

阀片为塑料材质的环状气阀有很高的可靠性、可用性和高效性(图4)。这种应用的气阀由意大利柯赞尼股份有限公司提供。

该气阀还装配在另外两台由沈阳生产的往复式压缩机上。这两台压缩机分别有2个气缸,电机驱动,转速320r/min。活塞行程320mm,第一级和第二级气缸缸径分别是640mm、430mm。气缸无油润滑,压缩气体为CH4+HC。沈阳的设备制造商对于柯赞尼2003年提供的塑料材质的环状气阀的设计和制造给予了高度的评价。

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图4  环形阀。

气阀设计的总则

气阀的最初设计要注重模拟压缩机和气阀的工作状态和性能,应把性能和机械状态的最优化作为目标。用数据程序模拟气阀的工作状态,以此来检验最适宜的机械和运行性能(图5)。


图5  吸入阀和排气阀的模拟。

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压缩机以及相关部件的高可靠性(尤其是气阀)与多种因素有关,如需要大量先进的技术:

■设计和仿真程序;

■技术和材料质量;

■监测和自动控制系统。

对氢气应用来说,气阀的设计就应考虑来自于环境和动力方面的运行条件,如在腐蚀问题方面,应注意考虑气阀的材质,特别是容易遭受疲劳应力的部分(如阀片和弹簧);在气阀设计的动力学问题方面,应考虑到机械状态和疲劳现象,一个好的仿真系统必须考虑流体动力学方面的问题;压降对能量消耗有很大的影响,但在高压氢气存在的情况下,由于所处理气体的分子量较低,所以能量消耗方面的影响是有限的。

此外,柯赞尼公司的气阀,与其他同行业气阀设计有所不同,其阻力系数高,能有效补偿作用于阀座上的减少的力。因此,阀片升程较大的降低,与其他典型重载应用相比,气体流速增加。从这一点来看,应特别注意避免阀片过分颤动影响,否则会减少弹簧寿命,同时也会导致阀座出现问题。

气阀的操作与性能

由于冬季气候条件恶劣,并出于维护安全方面的考虑,润滑油装置置于室内。这些压缩机从1999年10月开始运行,总体来说性能稳定。作为压缩机最关键部件之一的气阀也运行平稳,效果良好。实际上,气阀已运行3年之久,用户非常满意。

维护标准

异构脱蜡装置的氢气来源于甲醇厂变压吸附装置,因此维修工作的进行要考虑到双方设备的需要和约束情况。

对于润滑油生产来说,要有备用机组来确保机器的连续运行。因此应该以生产计划为指导的,结合预见性和预防性策略的全面的车间维修计划。

压缩机的出入口温度、压力、填料温度、轴承温度均有仪表在线监测,岗位员工在巡检过程中,有红外线设备对气阀表面温度与填料漏气管处温度等处进行测量。关于维修,在设备操作运行过程,如果部件出现问题,柯赞尼公司会及时维修。如果有些小问题能维持生产,又确定不能运转满下一个周期,柯赞尼会在检修期间处理存在问题,如填料微漏或气缸气量不足时,工作人员不马上检修压缩机,而是在检修期间对其进行处理,以保证下一个周期的正常运行。由于操作条件相当稳定,所以很容易观察到发生的变化,并通过研究来确定产生问题的原因。

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每一级最终温度的升高都表明有异常现象发生。温度升高可能是由于气体泄漏产生回流所致。

如果气体泄漏,我们可以通过吸气阀和排气阀阀盖的表面温度来判断。在多级压缩的情况下,级间的不同压力可以作为进一步的参数来更准确的鉴定相关级问题的由来。通过这种方式,可以预见气阀维护间隔时间,在合适的时间更换存在问题的气阀,从而降低装置停工的危险。气阀的维修通常是更换内部的零配件(阀片和弹簧),这是正常的维护工作,一般由装置的维修部门进行。通常气阀及其内部的零配件情况都是良好的,这就证明气体比较干净而且对气阀部件的腐蚀也是有限的。

服务本地化

使用高质量的气阀可以保证氢气压缩机良好的性能。长寿命的气阀会延长故障间隔时间(MTBF),并且维修间隔也会符合客户的期望。通常来说,根据工艺要求来确定负荷控制和不同的气体成份,这一方法是有效并且经过验证的。

因此,气阀的维修是很重要的,需要专业的人员和公司来操作(图6)。


图6  需维修的气阀。

严格的维修程序,使得旧气阀拥有和新气阀一样的性能,这就意味着“0小时”的使用记录,给压缩机的使用者一个再次使用“新”气阀的机会(图7)。这是个很大的优势,因为气阀的维修成本比买一个新气阀的成本要降低好多。

柯赞尼(北京)压缩机气阀有限公司将提供气阀的各种服务,以及其他方面的技术支持,维修车间设在北京,将为大庆炼化公司及全中国的其他客户提供服务和支持。

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图7  维修后的气阀。

结论

用于氢气压缩的往复式压缩机运行平稳,气阀的贡献功不可没。大庆炼化公司润滑油厂异构脱蜡装置运行良好,柯赞尼公司会进一步提高维修维护服务能力,为原始设备制造商和中国的最终用户提供更好的技术支持和服务。