氨增压机能量滑阀失控原因分析及处理

塔里木石化分公司某年产4.5×105 t 合成氨、8×105 t 尿素项目，为吸收和冷凝氨闪蒸罐中气氨，在氨冷冻系统中设置了两台氨增压机，该机为双螺杆喷油压缩机，其驱动机为高压电机。氨增压机于2010 年5 月投入装置正常生产，2017 年以来两台氨增压机相继出现了滑阀波动、加减载滞后及氨闪蒸罐压力波动等问题，随后滑阀波动逐渐加大，由于滑阀开度较大，导致氨闪蒸罐压力过低，而导致冷氨产品泵气化，造成冷氨产品泵损坏，特别是泵机封频繁损坏，同时滑阀开度猛增，电机超电流，影响机组安全运行，针对滑阀波动特点，对滑阀电磁阀、滑阀电位器故障及滑阀卡涩等因素进行排除，确定故障来源于滑阀油缸，对油缸进行解体检修，更换相应损坏或磨损部件，使故障消除。

1 氨增压机简述

氨增压机系统有六部分组成，包括微处理控制系统（PLC）、压缩机、润滑油系统、油分离系统、液压系统及油冷却系统，其中压缩机由两个螺旋形阴阳转子、机体、轴承、平衡活塞、滑阀、滑块及轴密封组件等组成 [1]，如图1 所示。

图1 氨增压机系统流程
Fig.1 The system process of ammonia booster compressor

来自氨合成系统氨分离器的液氨进入氨排放罐B502，氨排放罐液氨分为两部分，其中大部分经过液氨加热器E512 被加热后送至尿素装置，多余液氨进入氨闪蒸罐B503，在氨闪蒸罐中液氨被冷氨产品泵P501 加压送至氨罐，气氨进入氨增压机，经加压后送至氨压缩机出口冷凝器与氨压缩机出口气合并，在冷凝器中气氨被水冷凝成液氨，作为合成氨系统冷剂，当氨闪蒸罐压力过高时，调节阀自动打开，气氨被送至火炬燃烧。

1.1 主要技术参数

氨增压机型号为RWBII856，其入口压力（A）为0.092 3 MPa，入口温度为-32.9 ℃，出口压力（A）为1.479 MPa ，出口温度为85 ℃，排气量为75.73 kg/ min，气量调节范围是 0% ～ 100%，其中滑阀调节范围为15% ～ 100%，热旁路调节范围为0% ～ 15%，滑块调节容积比（自动无级调节）范围为2.2 ～ 5.0，电机功率为950 kW，电机转速为2 960 r/ min。

1.2 机组流程

来自氨闪蒸罐的气氨，经过入口过滤器进入氨增压机，在氨增压机中与喷入的润滑油混合被压缩，气氨压力（A）被提高至1.479 MPa，进入油分离器，气氨中夹带的润滑油被分离，润滑油进入油系统，而分离出来的气氨油含量小于0.005 ‰，被送至氨压缩机出口冷凝器，分离后的润滑油经过油冷却器、油过滤器后分成三路，一路油进入压缩机两端轴承，对轴承进行润滑，二路油通过电磁阀，油喷入阴阳转子，润滑转子工作面，三路油进入滑阀控制阀组件和滑块控制阀组件，对压缩机负荷及内压缩比进行控制，润滑油流动靠自压完成，因滑阀气量调节范围为15% ～ 100%，在氨增压机出口设置了热旁路线 ①，可对其余0% ～ 15%的气量进行调节，当滑阀位置开度小于5%时，电磁阀打开热旁路线投用 [2]。为防止压缩机出现“欠压缩或过压缩”，机组设计了滑块控制（容积比控制），实现自动控制，在运行时，滑块控制需置于自动模式 [3]，在油分离器中，滤芯元件底部接油盘有少量润滑油，该油通过线路 ② 进入压缩机腔体，其工艺流程见图2。

图2 氨增压机流程
Fig.2 The process of ammonia booster compressor

1.3 滑阀控制原理

氨增压机加载和减载由液压滑阀控制系统完成，它包括PLC 控制系统、液压系统和滑阀机械装置等，滑阀机械装置由滑阀、滑阀油缸、滑阀活塞、滑阀推杆、导杆及滑阀电位器等组成见图3。

来自油过滤器的润滑油进入滑阀控制阀组件，作为滑阀液压动力油，滑阀控制阀组件主要部分是三位四通电磁阀。

滑阀油缸在氨增压机非联轴器侧，滑阀活塞将油缸分割成两个部分，具有双作用，在油压作用下，活塞推动滑阀朝两个方向运动，完成氨增压机加载和减载，三位四通电磁阀控制滑阀活塞的运动，PLC控制系统对电磁阀进行控制 [4-5]。

图3 滑阀结构
Fig.3 The structure of slide valve

1-滑阀减载油路；2-滑阀加载油路；3-滑块加载油路；4-滑块减载油路；5-滑块活塞；6-轴封；7-滑阀；8-滑阀推杆；9-滑块；10-滑块油缸；11-滑阀油缸；12-滑阀电位器；13-导杆；14-滑阀活塞

（1）氨增压机加载

当加载电磁阀收到PLC 发出的加载电信号后， 滑阀控制阀组件中的动力进油孔与加载油孔接通，减载油孔与卸油孔接通。通过滑阀控制阀组件，液压动力油经过加载油路进入滑阀油缸的右侧，通过减载油路，滑阀油缸左侧的油返回滑阀控制阀组件卸油孔，通过泄油管道进入氨增压机腔体，在油压作用下滑阀活塞向左移动，带动滑阀左移而进行加载 [6-7]。

（2）氨增压机卸载

当减载电磁阀收到PLC 发出的减载电信号后， 滑阀控制阀组件中的动力进油孔与减载油孔接通，加载油孔与卸油孔接通，通过滑阀控制阀组件，液压动力油经过减载油路进入滑阀油缸的左侧，通过加载油路，滑阀油缸右侧的油返回滑阀控制阀组件卸油孔，通过泄油管道进入氨增压机腔体，在油压作用下滑阀活塞向右移动，带动滑阀右移而进行减载 [8-9]。

在滑阀推杆轴向移动过程中，带动导杆旋转，滑阀电位器凸轮转动与位置开关接触，将滑阀机械开度信号转换为电信号，被送至PLC 控制系统。

为防止氨增压机带载启动， PLC 控制系统设置了启动限制条件，在启动时，滑阀开度信号必须为零，否则机组无法启动 [10]。

2 滑阀异常波动原因分析

2.1 故障经过

2017 年4 月开始，冷冻系统两台氨增压机相继出现滑阀波动，同时滑阀手动加载和减载困难，因滑阀波动导致氨压缩机入口氨闪蒸罐介质压力开始波动，冷氨产品泵运行不稳定，随着时间推移，滑阀波动逐渐加大，已严重恶化，冷氨产品泵因抽空而机械密封损坏，总结情况如图4 所示。

图4 氨增压机运行情况
Fig.4 The running condition of ammonia booster

（1）2017 年4 月3 日氨增压机滑阀开始出现波动，滑阀自动加载。

因滑阀波动，自动加载，将滑阀控制模式从自动改为手动，其波动未有好转，在氨闪蒸罐中存在的气氨很少。正常情况下滑阀开度仅有5% ～ 7%，因自动加载，经4 ～ 5 h，滑阀开度会从6%增大到9% ～ 10%，继续增大到12%以上，造成氨闪蒸罐压力下降，冷氨产品泵易汽化，工作不稳定。

（2）滑阀加减载困难，无法对机组负荷进行有效调节。

为防止氨闪蒸罐压力过低，当滑阀开度增大后手动对滑阀进行减载，减载已不灵敏，效果严重滞后，需长时间按减载键才有效。此时滑阀又突然减得过小，导致热旁路线打开，机组完全卸载，氨闪蒸罐压力猛增，调节阀自动打开，气氨被送至火炬。

滑阀加载时也出现同样问题，滑阀波动已影响到氨压缩机系统的平稳运行。

（3）在自动和手动模式下滑阀都无法稳定运行，滑阀开度在不断自动增大。

（4）随着时间推移，滑阀开度波动在逐渐增大，波动时间在逐渐缩短。

（5）2017 年8 月26 日滑阀波动至82.1%，电机超流，冷氨产品泵损坏。

因滑阀工作状况不断恶化，到2017 年8 ～ 9 月两台机组都无法正常使用，滑阀开度突变时间从原来的每次4 ～ 5 h 缩短到0.5 ～ 1 h，其开度可从3.3%自动增大到82.1%，导致电机超流，电流从96 A 上升至106 A（机组强制卸载电流为105.3 A），同时造成氨闪蒸罐压力从50 kPa 降至-18.7 kPa， 冷氨产品泵汽化，机械密封损坏。

2.2 原因分析

经分析氨增压机故障来源主要集中在四个方面：其一，滑阀控制阀组件故障；其二，滑阀电位器故障，信号紊乱；其三，滑阀卡涩，活动受阻；其四，滑阀油缸故障，泄油压。

（1）滑阀控制阀组件故障

根据滑阀控制原理，若滑阀控制阀组件中加载电磁阀出现故障，如阀芯卡住、阀体弹簧被卡、电线圈故障等，会使加载电磁阀始终处于微内漏状态，电磁阀工作不正常，即电磁阀未收到加载信号时动力油通过滑阀控制阀组件进入滑阀加载油腔，减载油腔通过滑阀控制阀组件卸油，加载不断上升 [11-12]，为防止电磁阀被卡，在运行中要保证润滑油清洁、无机械杂质。

2017 年9 月2 日对滑阀控制阀组件进行了整体更换，经试运行，机组滑阀开度异常波动并未消除，该原因可以排除。

（2）滑阀电位器故障，信号紊乱

滑阀电位器是将滑阀开度的机械信号转换成电信号，被输送到PLC 控制系统，若滑阀电位器故障，就会出现紊乱的假信号，而滑阀实际阀位开度基本没有变化 [13]，不会引起氨闪蒸罐压力大幅度波动，该原因从理论上可以排除。

为安全可靠，2017 年9 月4 日对电位器进行了更换，经试运滑阀异常波动未消除。

（3）滑阀卡涩，活动受阻

若滑阀滑键槽拉毛或键块滑动面损坏都会造成滑阀运动受阻，会出现长时间按“加载键”或“减载键”，反应不灵敏 [14]，这与上述描述是一致的，但滑阀卡涩不会出现滑阀开度自动增大现象，该原因可以排除。

（4）滑阀油缸故障，泄油压

结合滑阀工作原理，分析滑阀油缸结构可知：隔板密封件及活塞密封件出现泄漏，有可能引起滑阀波动。

若油缸隔板密封圈磨损泄漏（图5），当滑块减载时，滑阀加载油腔内的动力油会向滑块加载油腔流动，滑阀右移，滑阀减载，与滑阀开度增大向背，该原因可以排除。

图5 滑阀油缸结构
Fig.5 Oil cylinder structure of slide valve

1-滑阀减载油腔；2-滑阀活塞；3-滑阀油缸；4-滑阀加载油腔；5-滑块加载油腔；6-滑阀推杆；7-隔板密封圈；8-支撑环；9-密封环

若活塞密封环磨损泄漏，在氨压缩机内部介质压力的作用下，滑阀推杆受到向左的轴向推力，滑阀减载油腔的动力油会通过密封环和支撑环，进入滑阀加载油腔，导致滑阀活塞向左运动而自动加载 ，因活塞密封环泄漏，在手动加载或减载时，动力油会在油缸两腔室互窜，造成加载或减载灵敏度下降 [15]，与故障情况一致。

综合以上分析，可以确认滑阀活塞密封件泄漏是造成氨增压机滑阀波动，加减载灵敏度下降的根本原因。

3 采取措施及效果

3.1 改变热旁路设置点，用角阀控制负荷

因滑阀自动加载，会导致氨闪蒸罐压力大幅度波动，造成冷氨产品泵损坏，手动减载易造成滑阀开度小于5%，机组完全卸载，经过分析及摸索在操作上尝试改变热旁路开启设置点，将设置点从5%逐步地增大到23%，当滑阀开度小于23%时热旁路线打开，此时用角阀A 的开度来控制机组负荷，当滑阀开度为23%时，需手动关小滑阀开度，这一措施有效降低了氨增压机系统的波动，避免了因机组停机造成装置氨产量下降。

3.2 检修滑阀油缸，对密封件进行更换

配件采购到货后，于2017 年12 月13 日检修氨增压机油缸，拆卸后情况如下：

（1）活塞上的密封环磨损减薄了1.5 ～ 3 mm， 支撑环减薄了1 ～ 2 mm。

（2）油缸缸套未磨损，经测量椭圆度为0.01 ～ 0.03 mm，完好。

（3）油缸残留润滑油中有极少量杂质颗粒。

根据测量情况，对油缸的活塞环和支撑环进行了更换，同时对油缸进行了清洗，2018 年3 月化肥装置恢复生产，氨增压机投入运行，故障消除。

3.3 更换润滑油，保持润滑油清洁、无颗粒

为防止润滑油杂质颗粒对滑阀电磁阀和滑块电磁阀造成的影响，2017 年12 月对润滑油进行了更换处理。

4 结束语

对氨增压机滑阀大幅度波动、加减载严重滞后、灵敏度下降，进而导致氨闪蒸罐压力波动、冷氨产品泵损坏的事故原因分析及处理，可以得出以下结论：

（1）滑阀活塞密封件磨损泄漏是造成氨增压机滑阀波动、加减载灵敏度下降的根本原因。

（2）滑阀活塞密封件磨损仅造成机组自动加载，而非减载。

（3）改变热旁路设置点，用角阀控制机组负荷，可一定程度缓解滑阀波动对系统造成的影响。

（4）润滑油杂质颗粒可导致电磁阀被卡，造成滑阀、滑块控制失灵。

（5）滑阀电位器故障可导致滑阀开度电信号紊乱，但不会造成机组负荷大幅度波动。

（6）滑阀卡涩、运动受阻不会导致机组自动加载。