独山子200万蜡油加氢装置K-102压缩机共有两台, 正常生产时是一开一备, 它是加氢联合200万蜡油加氢装置的重要设备, 也是炼厂级特护设备。其作用是将氢气加压至16MPa后注入系统, 参与反应。2009年8月开工起, K102压缩机气阀就频繁损坏, 单台设备因气阀故障最短运行周期24小时, 平均使用周期也只有4天 (96小时) , 气阀故障已经严重影响了压缩机的正常运行。下文将根据故障现象进行了深入的分析, 确定了改造方案并付诸于实施, 取得了良好的效果。
1 故障现象:
通过对损坏气阀现场解检, 发现存在的主要问题是阀片断裂。对8月~10月19次检修, 共计110件气阀进行解检, 所有损坏的气阀都存在阀片断裂的情况, 占气气阀损坏情况的100%, 且从阀片断裂缺口看都是由于阀片承受了很大冲击力造成的, 可以确定阀片承受冲击力大是气阀损坏的主要原因。
2 故障分析:
K102压缩机是有油润滑压缩机, 而气体介质中含有油、水等粘性物质, 则会对阀片的运动造成不利的影响, 进而导致阀片粘滞现象。用于开启阀片的最小压差必需等于弹簧预置力和粘滞力之和。当压差增高并达到最大值, 阀片运动却因粘滞力而延迟。一旦阀片离开阀盖, 粘滞力瞬间降为零, 此时气流拽力很大而没有相应的阻力, 于是阀片的加速度比正常情况下要大。这样在气阀开启的过程中, 阀片对阀座造成很大的冲击。气阀关闭的时候, 弹簧克服气流曳力和阀盖对阀片的粘滞力, 由于粘滞力的影响阀片可能在活塞过了止点后才关闭, 导致气流回流, 当阀片创击阀座时, 产生很大冲击。从气阀解检的情况看, 阀片上均附着了一层油膜, 所以初步判定冲力大是由于机油粘滞力过大造成的。
3 进一步验证
在阀片的整个升程中, 阀片速度一直在增加, 这意味着升程越大, 阀片的冲击速度也越大, 阀片的寿命就越短。通过查阅资料得到阀片升程的近似计算公式。
式中:h——准许的升程, 单位英寸
p——管线压力, 单位磅/平方英寸
RPM——压缩机转速单位r/min
管线压力p=三级出口压力=15.9~18.6MPa
因为1磅/平方英寸=6.8948KPa
所以p=2306磅/平方英寸~2697.68磅/平方英寸
RPM=压缩机转速=333r/min
经过计算h=0.07446~0.07259英寸=1.89~1.84mm。
这一计算结果与原厂家设计的气阀阀片升程2mm非常接近, 在咨询厂家并得到同意的情况下, 决定将气阀阀片升程降为1.2mm。降低阀片升程后, 气阀的使用周期达到了29天 (696小时) , 虽说气阀使用寿命有所提升, 但也远远没能达到压缩机的使用要求。对损坏气阀进行解检发现, 造成损坏的原因依然是阀片断裂, 断口也和前期损坏气阀非常相似。这一结果进一步说明气阀损坏原因是由于机油粘滞力造成的。
4 解决方案
通过验证和分析说明原厂所配考赞尼气阀并不适合在有油润滑的环境中使用, 由于加工水平的限制, 我们无法自行对气阀结构进行大的调整。经过和各生产厂家的技术交流, 赫尔碧格的线接触气阀能有效的降低油粘滞对气阀阀片的影响, 现对其特点进行说明。
液体对气阀的粘滞力其实就近似等于机油与气阀的表面张力。
引用表面张力的公式:
式中F——气阀与机油的表面张力 单位 牛
W——阀片克服粘滞力所做的功 单位 瓦
X——克服粘滞力做功的行程 单位 米
S——气阀与阀座的接触面积 单位 平方米
α——表面张力系数 无量纲
因为在一定温度下液体表面张力系数是一定的, 气阀克服粘滞力做功的行程也是一定的, 这么说来只要能够减少阀片与阀座的接触面积就可以降低机油与阀片的粘滞力。贺尔碧格气阀就是利用了气阀与阀座的弧面设计从而达到了线接触的目的, 也就是说最大限度的减小了气阀与阀座的接触面积。通过以下图示可以很清晰的看出其特点。
5 改造结果
通过上述改造, 从2009年11月9日至今, K-102A压缩机平稳运行一年, 气阀未发生故障, 各项运行参数正常, 保证了装置的长周期平稳运行, 事实证明本次改造是成功的。
摘要：本文主要针对200万蜡油加氢装置往复压缩机K-102气阀损坏问题进行原因分析, 确定了改造方案, 对今后同类型设备的检修有着指导意义。
关键词：往复压缩机,气阀,改造
参考文献
[1] Paul C.Hanlon.压缩机手册.北京:中国石化出版社, 2001.
[2] 肖衍繁.物理化学.天津:天津大学出版社, 1997.