郭春建，熊卫
（四川泸天化股份有限公司，四川 泸州646300）
［摘 要］ 四川泸天化股份有限公司150 kt/a合成氨装置于上世纪60年代投运，其核心运转设备——合成气压缩机（K401A/B/C）与空气压缩机（K102A/B及K102D）均为往复式压缩机，投运50余年来历经数次升级改造，随着服役时间的延长，部分机组运行中故障频次逐渐增多。针对空气压缩机（K102D）活塞杆断裂、排气超压以及合成气压缩机（K401A/B/C）注油量大、合成气压缩机（K401A）出口管系振动等4起（类）典型故障进行原因分析，采取相应的优化改进措施后，问题得到有效解决，保证了压缩机组的安全、稳定运行。
［关键词］ 往复式压缩机；活塞杆断裂；排气超压；注油量大；出口管系振动；原因分析；优化改进
［中图分类号］ TH457［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）05-0052-03
四川泸天化股份有限公司老系统150 kt/a合成氨装置（原设计产能为100 kt/a）1966年投产，其主要核心运转设备合成气压缩机和空气压缩机均为往复式压缩机：合成气压缩机（K401A/B/C），型号4HG/409，由意大利新比隆公司制造；空气压缩机（K102A/B），型号4HC/3，由意大利 NUOVO PIGNONE公司制造；空气压缩机（K102D），型号HOE，由美国库柏公司制造。上述往复式压缩机服役时间均长达50余年，期间对部分机组进行过升级改造（最近的一次是2009年的增产降耗改造，由沈鼓根据我方提供的工艺参数对K401A/B/C进行了升级改造），以适应合成氨装置高负荷运行的需要。
随着150 kt/a合成氨装置服役时间的延长，部分机组故障频次逐渐增高，这既与机组备件质量有关，也与机组改造时存在的先天不足有关（当然了，设备的老化问题也较为突出，且受当时技术条件等方面的限制）。以下就部分机组的几起（类）典型故障及其优化改进作一简介。
1 空气压缩机（K102D）典型故障及优化
1.1 空气压缩机（K102D）活塞杆断裂
合成车间空气压缩机（K102D）近年来一直存在运行中二段活塞杆易断裂的问题，已先后断裂 7 次（2007—2013年基本上每年断裂1次，其中2008年断裂了2次），断裂部位绝大部分位于活塞与活塞杆组装轴肩处，咨询了国内如沈鼓、上海大隆、简阳大川等压缩机专业生产厂家，都提出需改进机组结构，包括活塞杆、前后封头、十字头配重更换等，费用较高，短期内无法实施；如果将活塞杆尾端车制螺纹改为滚制螺纹，则无法满足活塞杆组装后活塞螺母端面与活塞杆中心垂直度≤0.05 mm的技术要求，且活塞螺母拧紧后活塞杆垂直跳动和水平跳动无法保证，运行中也会发生断裂事故。技改前，K102D一、二、三段活塞杆均采用12Cr2Ni4A合金结构钢替代原38CrMoAlA材质，活塞杆螺纹采用车制方式，虽使用寿命有所延长，但性能不稳定，最长寿命200余天（5 000 h左右），最短的仅有40 d。
通过对断裂活塞杆金相分析及其力学性能试验，发现其芯部硬度存在较大差别，厂家热处理时芯部硬度较高的活塞杆承受拉应力和压应力明显优于芯部硬度较低的活塞杆，活塞杆的芯部应为低碳马氏体或下贝氏体组织，块状或沿晶界析出的铁素体影响了活塞杆的抗拉、抗压强度。为此，决定将活塞杆材质由12Cr2Ni4A改为42CrMoE锻件，并对二段活塞杆与活塞的定位轴肩加工倒角（R）进行优化，将轴肩倒角由R1.5 mm改为R2.0 mm。2017年底K102D二段活塞杆更新后，至今已运行250 d以上（在运时间），K102D二段活塞杆使用正常。
1.2 空气压缩机（K102D）排气超压
合成车间空气压缩机（K102D）为三级压缩，排气压力达1.7～1.8 MPa，机组正常运行中二段排气压力逐渐升高，超过正常指标值0.75 MPa。停车检查后一级（三段）进气阀（共6个，阀片为PEEK工程塑料材质），发现其中1个存在泄漏，更换备用合格三段进气阀，情况有所好转，但二段排气压力仍然偏高，达0.73 MPa，且有逐步上升趋势；再次停车检查后一级（三段）排气阀，发现其中1个气阀阀片断裂，按照K102D正常运行规律，当二级排气阀排气时，三级排气阀应关闭，同时三级吸气阀应开启，在二级排气阀关闭后的一个短暂时间内，三级吸气阀应该处于吸气状态，此时三级气缸内活塞已经开始对气体进行压缩，而如果三级活塞做功时三级排气阀关闭不严，就会导致三级排出的高压气体在三级吸气的同时倒灌回三段气缸，影响三段气缸的正常吸气，二级排气困难，致使二级排气超压。
分别检查、更换K102D机组三段各级进/排气阀，确保其正常工作，二级排气超压问题得以极大改善，但结合以往的工艺运行参数来看，二级排气压力0.71 MPa仍不是最佳工况，需采用常开一段、二段排油水管线的方式进行泄压，以维持机组的正常运行。利用老系统合成氨装置停车机会，拆卸并仔细测量三段气缸内径，缸套磨损0.90 mm，圆度偏差0.40 mm，接近最大磨损量1.2 mm/最大圆度差0.50 mm的更换标准。分析认为，K102D各段均为双作用活塞，三段气缸磨损导致其活塞环密封效果下降、泄漏量增大，气体从高压侧向低压侧泄漏，从而导致二级排气压力升高。于是，外委压缩机专业制造厂家——简阳大川压缩机厂将三段气缸更换为QT400材质的备用缸套，并加工、镗磨至规定尺寸。修复后，机组运行恢复正常。
2 合成气压缩机（K401A/B/C）典型故障及优化
2.1 合成气压缩机（K401A/B/C）注油量大
合成气压缩机（K401A/B/C）1966年安装投用，此后历经多次技术改进，最近的一次是2009年的增产降耗改造，由沈鼓根据我方提供的工艺参数予以实施，改造后的K401A/B/C能满足装置高负荷生产要求，运行总体平稳，但气缸及活塞杆密封填料函润滑油（20#航空机油）消耗不降反增，一方面与机组长时间高负荷运行有关，另一方面与注油器各泵头注油量偏大有关，造成润滑油大量损耗，同时给后续氨合成工段油水分离带来较大影响。
更多内容详见《中氮肥》2019年第5期