6M50/453-35-BX压缩机活塞环和支撑环磨损严重的原因分析及对策

6M50/453-35-BX压缩机活塞环和支撑环磨损严重的原因分析及对策

李小锋，弓海兰

（山西兰花煤化工有限责任公司，山西 晋城048002）

［摘  要］6M50/453-35-BX原料气压缩机在日常生产中因活塞环磨损严重，频繁检修。通过对活塞环材质及气体流向的改变等，解决了制约生产的问题，保证了系统稳定运行。

［关键词］  往复式压缩机；活塞环；磨损严重；原因分析；对策

 ［中图分类号］ TQ 113.25  ［文献标志码］ B  ［文章编号］ 1004-9932（2015）05-0074-02

山西兰花煤化工有限责任公司的合成氨装置设计生产能力为600 t/d，经过历年的技术改造和工艺优化，现基本形成240 kt/a氨醇的生产规模。该合成氨装置原料气压缩工段采用6M50/453-35-BX往复式压缩机，4开1备，单台原料气压缩机打气量为21 615 m3/h（湿基），单机配套合成氨生产能力仅有150 t/d左右，远远未达到机组的设计出力水平。原料气压缩机组自2003年原始开车以来，在日常运行中频繁出现活塞环磨损严重的情况，造成频繁抽缸检修与倒机，不仅导致装置的消耗及生产成本高，还增加了不安全因素。

1  工艺流程简述

半水煤气经电除尘器除去焦油和粉尘后，压力为0.002 MPa，经压缩机进口水封槽分离少量水分后进入一段入口缓冲器，而后进入并联的3个一段缸压缩至0.18 MPa，之后经一段出口缓冲器、一段冷却器、一段油分离器分离油水，进入二段入口缓冲器，再进入二段缸压缩至0.60 MPa，经冷却、分离后进入三级缸压缩至1.60 MPa，经冷却、分离后进入四级缸压缩至3.5 MPa，送变换工序。压缩机填料部分和缸套、缸头、水冷器等辅助设备均使用循环水冷却。缸体、填料润滑油由注油器供给，压力为16.4 MPa，每分钟注油量控制在12滴左右。一级活塞分布有2根活塞环和2根支撑环，四级活塞分布有6根活塞环和2根支撑环。

6M50/453-35-BX压缩机在100%负荷下设计工艺参数见表1。

表1  6M50/453-35-BX压缩机在100%负荷下设计工艺参数

2 运行中活塞环存在的问题

2004年4月原始试开车以来，由于系统处于半负荷状态，压缩机经常开回路减量运行，导致一级吸气温度高于指标范围，各级排气温度超指标的现象时有发生。随着系统工艺逐步优化，2004年11月压缩机满量运行后，机组相对来说运行稳定，每台机组每年抽缸检查1次即可。自2008年后，合成氨装置历经多次技术改造和原料煤掺烧型煤工艺优化，在运行中发现压缩机缸体内经常出现不规律的异响，特别是一级和四级，缸体内出现异响的现象越来越频繁。每次异响发生后抽缸检查都发现：活塞环和支撑环磨损严重，一级活塞2根活塞环全部磨透，断为3或4节；2根支撑环由δ=10 mm磨损至δ=3.5 mm左右；四级活塞环磨损情况比一级更为严重。如此严重的磨损状况使活塞环完全失去密封作用，支撑环基本失去支撑活塞平衡运动的作用。检修更换活塞环和支撑环后，运行不到2周问题又再次出现，最严重时新活塞环和支撑环使用不足24 h，且活塞环全部磨损为粉末状粘附于出口气阀气道，堵塞气阀气道，导致排气温度异常，出现超温情况，使生产及检修工作相当被动。

3  活塞环磨损严重的原因分析

（1）活塞环和支撑环材质不好或选择不当。往复式压缩机活塞环材料一般有铸铁、聚四氟乙烯、铜基粉末冶金+四氟、环挂合金、PES、PEEK等。我公司压缩机选用的活塞环材料为聚四氟乙烯。聚四氟乙烯材料耐磨，导热性和自润滑性良好，因此多数单位都选取使用。虽然其比铜基粉末冶金+四氟、环挂合金、PES、PEEK等材质的活塞环使用周期短，但其价格相对便宜，且基本能满足生产需要，因而活塞环材质不好的理由不充分。但是根据对气阀及水冷器列管内附着物的分析，结合压缩机压缩气体的性质，进排气的温度、压力等综合因素，可以选择更能满足压缩机长周期运行的其他材质的活塞环。

（2）活塞环在检修装配过程中，各配合间隙过小或过大。活塞环在检修时需根据缸体缸径确定活塞环的开口间隙，压缩机的缸体经过几年的使用、磨损，不同程度地出现了缸径变大，因而标准件活塞环在实际安装时会出现开口间隙过大的情况。同时，活塞体活塞环槽由于经常受侧向力的冲击，活塞环侧向间隙过大，使得活塞环过于松动，安装后易形成多根活塞环开口处偏转于同一位置的现象，不仅增大了气体的泄漏，而且在活塞体运动时气体偏流会导致活塞不平衡，进而出现偏磨活塞环和支撑环的情况。另外，在检修时，由于部分活塞环加工过程中存在加工缺陷，在冷态下装配间隙无法发现，而主机在运行后处于热态下则会出现活塞环或支承环与气缸壁胀死的现象，因此活塞环的热膨胀系数也是购买备件、检修时的重要考虑因素。

（3）气缸内有液相水分，使气缸锈蚀。若主机和某些附属部位漏水，缸体内在做功时必然产生热量，水的存在和适当的温度条件使得气缸镜面氧化锈蚀，从而增大活塞环与气缸镜面之间的摩擦副。日常检修时详细检查压缩机的气缸和冷却器，未发现气缸缸套和冷却器有渗漏。

（4）被压缩介质含水。压缩机压缩介质为半水煤气，当湿度较高的气体进入气缸冷却效果较好时会降温，温度下降到进气压力条件下的露点以下时，湿气体中的水分析出，造成缸内带水。经分析，在压缩机出现问题最严重时，我公司正好实施了技改，在压缩机进口增加了溴化锂制冷装置，使压缩机入口煤气温度比原来降低了近10 ℃。在压缩湿度较高的气体时，要求气体进入气缸后温度不能过低，尤其是对压力较低级气缸更应注意。

（5）工作温度过高，被压缩介质杂质含量高。压缩机的级间冷却器冷却效果差、气阀漏等均会造成压缩机气缸进排气温度高于设计值，这些因素均对活塞环的工作环境造成恶劣影响。此外，半水煤气中若含有过多的硫磺粉尘、焦油及型煤中的胶粘剂等杂质，在压缩的过程中，就会有一部分杂质粘附于活塞环、支撑环表面，造成装配间隙变小，加速其不均匀磨损，从而严重影响活塞环、支撑环的使用寿命。

4 解决对策

更多内容请见《中氮肥》2015年第5期