CCR转炉往复压缩机可靠性的提高

▽SK能源=作为韩国第一家石油公司成立韩国SK能源从1962年开始在蔚山工业园区生产各种石油产品，其炼油能力为840000年每天的原油桶数，在国内和海外市场销售。

为了满足增加产量的需求，连续催化剂再生(CCR)重整过程中的三个往复式增压气体压缩机自2009年的改造项目以来一直在无备份地运行。随后，由于意外故障的数量和随之而来的维护行动，计划外停机事件的数量和相关成本开始增加。事实上，3台CCR压缩机消耗了工厂100台往复式压缩机的90%的维护费用。

本文介绍了SK能源如何克服往复压缩机的过程控制、机械设计和状态监测方面的挑战，以提高这些资产的可靠性并降低维护成本。

CCR重整过程中的三台往复式压缩机安装于2005年。在CCR转炉过程中，增压压缩机将富氢(H₂)气体从反应堆到H₂工厂。

自2009年对机器进行改造以提高生产能力以来，这三个压缩机一直在运行。然而，机器故障的数量急剧增加。大多数问题被确认为阀门损坏和活塞开裂。

改造后，压力比没有明显变化，但是，排放温度都比原来的水平略有上升。改造工程完成后，排放温度设定点为145℃。

SK能源进行了因果分析，以确定再回水阀和活塞杆开裂问题的根本原因，涵盖了工艺的各个方面以及压缩机的机械设计和完整性。

通过工艺评审，发现铁(III)、氧化物(Fe₂O_3.)和氯(Cl .₂)由于工艺条件的改变，粉尘导致绿色油渣聚合。还发现，氢/碳氢(H₂/HC)比是增加轻烯烃含量的一个因素，是绿色油形成的另一个因素。

菲₂O_3.在循环过程中暴露在大气中产生，Cl₂在启动初期，通过使用新的催化剂类型产生粉尘。的铁₂O_3.和Cl₂灰尘是催化剂，它导致形成粘稠的绿色油，收集在压缩机气缸冷凝。

在改造工程之前，使用了同心圆环形泄放阀，但发现该阀强度不够，无法承受外来物质。

• 由于阀片(阀座)和阀环之间有异物导致卡死。
• 开晚，A区和B区压差增大(见图7)。
• 增加环和护圈之间的冲击和翻滚。(由于外圈刚度最低，外圈容易断裂。)

这些压缩机设计的独特之处在于使用了自由浮动活塞(FFP)。由于操作独特，活塞采用轻质材料制成。经鉴定，材料强度不足以承受绿油施加的巨大应力。

根据调查阶段的发现，针对工艺方面和机械完整性方面采取了以下措施。除此之外，还升级了状态监测系统，以精确监测机器的状态。

为了避免进一步产生绿色油，在转车维护期间，Fe2O3和Cl2等催化剂被完全从管道系统和敲除鼓中清除到排放管道。

为了最大限度地减少绿色油的形成，重整工艺减少了轻烯烃的量，并在启动时调整了操作条件以减少氯化物(Cl)。

将原来的同心圆环阀替换为锥型阀，在液体结转和卡液情况下具有较高的可靠性。

改进了活塞的几何形状，以增加其机械强度。随着材料和生产方法的改变，强度比原来提高了~48%，重量没有变化。

此外，为了进一步提高强度，活塞制造工艺改为滴锻法，使强度比原来的铸造设计提高了26%。

原有的状态监测系统只能监测车架和十字头振动和简单的工艺条件(吸气压差、排气温度)。由于系统有限，无法进行根本原因诊断。

介绍了一种永磁往复压缩机监测诊断系统。它包括测量和逻辑安装气缸压力指示器，双平面杆位置和多事件轮(MEW)关键相量。相应的诊断软件Bently Nevada System 1可以通过P-V图分析进行精确诊断，并监测压缩机事件和每度曲柄角度的振动。

以下是系统1软件在全仪表往复式压缩机上启用的高级诊断变量，该压缩机带有气缸压力传感器和MEW Keyphasor:

• 放电容积效率
• 吸入容积效率
• 指示马力
• 绝热排放温度
• 放电容量
• 抽吸能力
• 平均产能
• 绝热中位数容量
• 流动资产
• 绝热流动平衡
• 功率/中位数容量
• 指示间隙
• 放电功率损耗
• 吸力损失

根据审查结果，确定每当有外来物质进入腔室时，腔室内的最大压力就有超过正常值的趋势，随后在排泄阀周围沉积或积聚，使阀门无法正常工作。因此，假定由于粘滞效应(粘滞阀)，有效压缩比高于典型的排气压力与吸入压力之比，从而导致更多的压缩热，直到粘滞排气阀打开。

根据Bently Nevada的建议及其技术审查，在每个腔室新安装了杆位置接近探头传感器对和气缸压力传感器，以验证活塞杆行为和阀门状态。在此改进之前，现有的定量数据不足以做出准确的评估。随着在线状态监测参数的增强，腔室压力测量可以提供丰富的压缩性能和阀门状态信息。

2009年机组改造后不久，由于上述工艺和机械问题，这三台压缩机的维护成本增加了30多倍。通过2016年的状态监测改进，该单元每年的维护事故减少到4起，活塞零开裂。这是过去10年来的最低数字，这一杰出成果可归功于成功的跨学科合作努力。

对于CCR转炉过程中的往复压缩机，以下考虑因素是成功提高可靠性结果的关键:

• 优化操作条件，尽量减少液体溢出
• 回转后对管路系统进行清洗，减少绿油催化剂

• 在改进的基础上，为了防止异物进入，需要增加材料强度更高的活塞。
• 当外部异物进入时，环形阀强度不够。

• 提高了对来自系统1和过程数据的定量数据进行讨论的能力。由于压力测量的计算变量为机器上的每次投掷提供了大量信息，从而能够确定要采取的纠正措施。
• 此外，系统1中的压力监测使用P-V图为阀门的维护提供了准确的时间。