摘要;某多晶硅公司目前有各类大型压缩机17台，其中10台卧式压缩机在运行的过程中由于种种原因导致机组无法长周期运行，对产品质量影响较大。本项目针对压缩机填料密封效果较差问题进行了改进、优化，对填料放空管路进行改造，并针对机组峰值电流偏高问题进行了局部优化。通过一系列措施的执行，延长了压缩机运行周期。
关键词：往复压缩机；填料；电流。
一、案例背景
某多晶硅公司目前有各类大型往复压缩机（以下简称压缩机）17台，其中10台卧式压缩机在运行的过程中由于种种原因导致机组无法长周期运行，对产品质量影响较大。具体影响如下：
1、曲轴箱内的润滑油随着活塞杆进入到气缸内，气缸内的氢气携带氢气进入到物料系统中碳化严重影响到产品质量，见图1。
2、物料气进入到区曲轴箱内造成润滑油污染，造成设备被迫停机检修，见图2。2017年10台压缩机轴瓦共计检修15次，计划在改造后降低至6次以下。
3、呼吸阀漏油严重，大量油气从呼吸阀中泄漏，造成设备地面被油污污染，增加补油量。
4、循环氢压缩机随着生产负荷提升，运行电流超过电机的额定电流1-2A，额定电流上升电机三项绕组温度大幅度提升，导致电机绝缘加速老化，给压缩机安全运行埋下了极大的安全隐患。
造成机组无法长周期运行的主要原因有:
4.1 压缩机填料结构不合理密封效果较差，导致压缩机运行过程中压缩机曲轴箱内的润滑油随着活塞杆进入到气缸内影响到多晶硅产品质量。
4.2 压缩机填料充氢、充氮方式不够合理，造成气缸内的物料气易进入到曲轴箱内污染油品，造成油品变质失效，轴瓦损坏，极大的增加了检修频次，轴瓦紧固螺栓的多次重复拆卸对螺栓的强度也有较大的影响，给设备运行造成了较大的安全隐患。
4.3 压缩机放空管线布置不合理，不便于氢气回收以及氮气的排放，造成回收的氢气内含氮量较高，氮气在曲轴箱中憋压造成呼吸阀漏油。
4.4 循环氢压缩机电流超过额定电流1-2A。
图1 压缩机运行3个月气阀内含有大量油污
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图2 补充氢A压缩机运行45天轴瓦表面油垢附着，压缩机被迫停机检修
4.5 充氢、充氮保护气分布不合理，主填料氢气、主填料氮气、氮侧隔室氮气统一回收至回收氢压缩机，压缩机收回的氢气含大量氮气，导致压缩机排温较高，同时回收后的氢气含氮气影响到回收氢的使用。氮侧隔室氮气、刮油环氮气直接回收至尾气管网导致氮侧隔室和刮油环中有大量的尾气窜入，导致压缩机润滑油变质轴瓦损坏严重，尾气顺着曲轴箱的呼吸阀排放至厂房内严重污染厂房环境，同时刮油环中的油气进入尾气管网。
二、案例实施
该项目主要是针对压缩机填料密封效果较差对其进行改造、优化，以及对填料放空进行改造。并针对机组运行电流偏高问题进行了局部优化。
1、填料改造。
在原填料结构的基础上增加主填料、中间填料和刮油环密封点数从而提高密封效果。对压缩机密封保护气的排放进行优化，杜绝油品窜入气缸提高产品质量。同时，杜绝工艺气体进入曲轴箱提高油品使用周期，降低检修频次，通过该项目的实施可大幅度提高设备的运行周期并降低生产成本。
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图4 压缩机填料结构图
压缩机填料改造主要是在填料的数量及通入气体位置进行改变，同时由厂家协助调整填料环的材质配比，增加填料的耐磨性从而达到提高密封效果增加使用周期的目的。
为保证压缩机填料能达到最大的密封效果，所以填料组件需在有效的空间内达到最大数量，同时活塞杆在运动时填料之间不得有重合部位（a、填料之间活塞杆行程重合或导致润滑油互窜严重。b、活塞杆温度上升严重）。
填料最大数量=（活塞杆长度-2×行程-法兰厚度）÷填料厚度（采用去尾法计算）
填料最大数量=（1384-2×240-120）÷36=21组
根据计算刮油环、中间填料、主填料可有原来的12组增加至21组，填料的密封性将大幅度提高，同时依据各隔室的空间情况，将主填料由原来的7组增加至12组其中节流环1组、密封环7组、切向环4组，通过第一组节流环减少气体流量，七组密封环对泄露出的气体进行不断降压压力将至0.3MPa以下，最后由四组切向环进行密封。在密封环与切向环之间通入0.3MPa的纯净氢气进一步阻止压缩气体泄露，在4组切向环中间设置漏气回收孔，对泄漏出的氢气进行回收。中间填料由原来的2组增加至4组切向环，在第三组切向环处增加0.15MPa氮气，阻止压缩机左右两个隔室之间的气体互窜。刮油器由原来的3组增加至5组，3组刮油环、2组密封环，在三组刮油环后设置空腔和回油孔，刮下的油通过回油孔回到曲轴箱内，2组密封环中间通入0.15MPa氮气，将渗漏处的油气带走，防止漏入隔室中。
中间填料的充氮由原来的从中间部位充氮改为靠刮油环侧第1组填料处充氮，使冲入的氮气漏入刮油环侧隔室，同时在操作时提高刮油环侧隔室的进气量，保证刮油器侧隔室的压力高于主填料侧隔室压力，保证物料气不能进入到刮油器侧隔室中。
刮油器中的刮油环回油孔进行增大，增加回油量，同时在刮油环侧增加1组密封环减少刮油器氮封带出的油气，减少润滑油的损失。
主填料充氮进行删除，保证回收氢气的纯净度，同时减少氮气的浪费。
2、填料放空管路改造。
主填料漏气回收的氢气分两路，一路进入回收氢压缩机入口缓冲罐，通过压缩机压缩后循环利用，另一路进入尾气管网。正常情况下去尾气管网阀门关闭，所有氢气进入回收氢压缩机循环利用，当循环氢压缩机检修时去尾气管网阀门打开，去回收氢压缩机阀门关闭。
中间填料中的氮气不设置排放口，氮气漏入两侧隔室阻止两侧隔室气体互窜，漏出的气体随隔室气体进行排放。
刮油环中的氮气主要含有油气成分，在原有的一个集油罐的基础上在增加一个除油罐，经过除油后气体均为氮气，直接排放入大气中。
在主填料侧隔室中的氮气含有少量物料气排放将对环境造成较大的污染，回收后排入尾气管网进行处理。
刮油器侧隔室中通入的氮气直接进行放空。在压缩机左右隔室上增加压力表，在操作过程中氮侧的隔室压力高于氢侧隔室。
按方案对充氢、充氮管线改造的主要意义：
2.1 对刮油充氮保护气单独配管放空，根据日常排油情况调节但其压力有效避免油污窜入气缸中，对多晶硅的产品质量提升有较大的帮助。尾气管网中的压力波动或充氮压力不足不会使尾气窜如曲轴箱导致轴瓦表面碳化温度迅速上升，导致压缩机被迫停机泵换轴瓦。同时也避免了尾气随曲轴箱呼吸阀进入到厂房内部，导致厂房内部环境质量差，设备、建构筑物腐蚀严重。
2.2 因中间填料内部的氮气主要进入刮油器侧隔室，同时在操作时将刮油器侧隔室的氮气流量提高，保证刮油器侧隔室的压力微高于主填料侧隔室的压力，保证刮油器侧隔室的介质为氮气，放置物料气窜入曲轴箱。
2.3 删除主填料的氮封同时单独对主填料中的氢封进行回收，有效的保证氢气纯度。，使氢气可以循环利用。
将压缩机曲轴箱上的呼吸器加长200mm增加油污的凝结行程同时在呼吸阀加长颈内部增加拉丝环，增加油污的凝结效果，使绝大部分油污进行凝结回流。在呼吸器顶部增加吸油棉，将残余的油雾进行吸收，剩余的气体排出，避免出现漏油现象提高现场环境质量。
3、压缩机节能改造。
循环氢压缩机随着生产负荷提升，运行电流为26A-27A超过电机的额定电流1-2A，额定电流上升电机三项绕组温度大幅度提升，导致电机绝缘加速老化，给压缩机安全运行埋下了极大的安全隐患，计划在飞轮两侧分别加装铁环增加飞轮重量增加至1.1吨，降低电流峰值从而达到降低三项绕组温度的目的，确保压缩机平稳运行。
三、案例成果
经过改造后，压缩机的运行周期明显变长，且压缩机的电耗有明显的降低。
1、改造完成后压缩机由原来的平均2月检修一次，增加至连续稳定运行6个月。
2、避免物料气进入到曲轴箱内，延长润滑油及轴瓦的使用周期，轴瓦检修周期从3个月提高至12个月。同时厂房内环境有明显改善。
3、对所有压缩机顶部的呼吸阀进行改造增加凝液的拉丝环及滤油装置解决漏油现象，减少补油量。
4、循环氢压缩机额定电流为25.5A，目前运行电流26A-27A，计划对飞轮改造后将运行电流峰值将至25.5以下。
该项目实施后达到的效果；
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收集该项目改造前后压缩机检修情况，经分析改造前轴瓦检修次数为26次，填料检修次数为42次，改造后轴瓦检修次数下降至9次，填料检修下降至12次。
5、尾气压缩机轴瓦检修减少4次，填料检修减少6次，还原尾气压缩机每年减少费用为401800元。
循环氢压缩机轴瓦检修减少4次，填料检修减少6次，循环氢压缩机每年减少费用为207896元。
补充氢压缩机轴瓦检修减少7次，填料检修减少8次，补充氢压缩机每年减少费用为950676元, 3年直接经济效益合计为285.2028万元。
四、案例总结
1、通过对刮油充氮保护气单独配管放空，根据日常排油情况调节但其压力有效避免油污窜入气缸中。
2、氮侧隔室单独放空，氢侧隔室进入接入尾气管网（含有少量氢气）。根据运行情况对氢侧、氮侧隔室压力进行调整可以有效避免物料气进入曲轴箱中。
3、单独对主填料中的氢缝进行回收，有效的保证氢气纯度。
4、通过一系列的改进，往复压缩机的使用寿命有效延长，检修费用大幅降低，大大降低了生产成本。
参考文献
[1]董少磊,孙正波,李宝军.裂解气压缩机长周期运行的探讨[J].石化技术,2019,26(08):328-329.
[2]压缩机填料降温延长运行周期[J].化工自动化及仪表,2011,38(03):338.