بررسی عوامل به هم خوردن تایمینگ در کمپرسورهای اسکرو و در نهایت برخورد روتورها به همدیگر در واحد پلی اتیلن سبک پتروشیمی لاله

عادل بهاری زاده، کارشناس ماشین آلات دوار،a.baharizade@gmail.com، 09166437923

چکیده

برای اطمینان از کارکرد کمپرسور اسکرو بدون خرابی در طول عمر آن، نیاز به نگهداری پیشگیرانه می باشد. زیرا شرایط نگهداری و کارکرد یکی از عوامل اصلی طول عمر کمپرسور اسکرو می باشد، لذا پارامتر های بسیار زیادی از قبیل عیوب مکانیکی، شرایط پروسسی، سیستم های کنترلی و حفاظتی می توانند عملکرد کمپرسور را تحت تاثیر قرار داده و باعث بروز خرابی در کمپرسور شوند. در این مقاله به موضوع خرابی کمپرسور اسکرو در اثر مسدود شدن لاین خروجی و نهایتا افزایش فشار خروجی کمپرسور که در اثر اشکال در ولوهای کنترل فلوی جریان و نیز ضعف در سیستم حفاظتی کمپرسور بوجود آمده است پرداخته خواهد شد.

واژه های کلیدی: کمپرسور اسکرو،عوامل مکانیکی،بهره برداری،سیستم های کنترلی، سنسور

مقدمه

تجهیزات مکانیکی در صنایع پتروشیمی از اجزای لاینفک و حیاتی به شمار می روند که در امر تولید نقش بسزایی ایفا می کنند. به همین منظور میزان در دسترس بودن این تجهیزات می بایست به بالاترین زمان ممکن برسد. برای تحقق این امر نه تنها گروه های تعمیراتی بلکه سایر گروه های مرتبط نیز می بایست در این راستا تمام تلاش و دقت خود را بکار گیرند. در این مقاله به عنوان نمونه یکی از این تجهیزات مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تاریخچه و شرح مختصری از فرآیند شرکت پتروشیمی لاله

پروژه شرکت پتروشیمی لاله در سال 1381 شروع شد و در سال 1386 مورد بهره برداری قرار گرفت. صاحب لیسانس تکنولوژی پلی اتیلن سبک پتروشیمی لاله شرکت سابتک اروپا ، و کنسرسیوم لورگی و سازه مسئول طراحی و نصب این پروژه در منطقه ویژه اقتصادی ماهشهر بودند. اساس طراحی این مجتمع بر مبنای راکتور لوله ای با ظرفیت سالانه 300000 تن می باشد. پلی اتیلن سبک بعلت انعطاف پذیری و خواص فیزیکی و مکانیکی خاص خود کاربرد وسیعی در صنایع پایین دستی و تبدیلی دارد. بصورتی که بدلیل داشتن ساختار شاخه ای، فرآیند پذیری خوب، استحکام مذاب زیاد و گرانروی به نسبت کمی که دارد برای تولید دمشی فیلم مناسب است .در واقع بیش از نیمی از مصرف پلی اتیلن سبک به این فرایند اختصاص دارد. از فیلم این ماده برای بسته بندی کالاهای تجاری سبک و کوچک استفاده می شود از دیگر کاربردهای آن میتوان به بسته بندی های جمع شو، فیلمهای کشاورزی و پوشش گلخانه ها اشاره کرد. کاربردهای فرعی این ماده، روکش کابلها و عایق سیمها و نیز لوله های قابل انعطاف می باشد از جمله تیوب خمیر دندان و ظروف نگهداری غذا.

خوراک اصلی مجتمع گاز اتیلن بوده که از واحد الفین مجتمع پتروشیمی مارون دریافت می گردد. بمنظور تامین شرایط واکنش کاتالیست با گاز اتیلن در راکتور ، جهت افزایش فشار ، از دو کمپرسور رفت و برگشتی استفاده شده است. مقداری گاز پروپان و پروپیلن بعنوان اصلاح کننده و کنترل کننده زنجیره پلیمر به گاز اتیلن ورودی به کمپرسور اولیه تزریق می گردد. گاز اتیلن خروجی از کمپرسور اولیه وارد کمپرسور ثانویه می گردد .گاز اتیلن خروجی از کمپرسور ثانویه وارد راکتور می گردد. در این مرحله با تزریق کاتالیست در چهار ناحیه از راکتور، واکنش پلیمریزاسیون در راکتور انجام میگردد. .محصول پلیمری همراه با مقداری گاز ، پس از عبور از چندین جداکننده وارد اکسترودر شده و مواد افزودنی جهت کنترل کیفیت محصول به اکسترودر تزریق می گردد.

پلیمر مذاب پس از عبور ازاکسترودر، از صفحه مشبکی به نام دای پلیت (Die Plate) گذشته ، در مجاورت آب بوسیله تیغه های کاتر بریده شده و بصورت دانه ای در می آید و توسط آب خالص عمل انتقال و خنک کردن پلیمر انجام می پذیرد. پلیمرها پس از رطوبت گیری در یک خشک کن وارد سیستم توزین پلیمر شده و سپس توسط جریان هوا ابتدا به سیلو ها و سپس انبار بسته بندی انتقال می یابد.

شرح مقاله

آشنایی با کمپرسورهای اسکرو

یکی از انواع کمپرسور های معمول در صنایع، کمپرسور های نوع پیچشی هستند. کمپرسور های پیچشی مانند کمپرسور های رفت و برگشتی از انواع کمپرسور های جابه جایی مثبت هستند، یعنی کمپرسور هایی که با محبوس کردن گاز ورودی و کاهش حجم آن توسط یک عضو متراکم کننده سبب افزایش فشار گاز می شوند. در کمپرسورهای پیچشی، عضو متراکم کننده مارپیچه ای به نام روتور نر(Male) است. در واقع کار مارپیچه نر(eMal) در کمپرسور های پیچشی دقیقا مشابه وظیفه پیستون در کمپرسور های رفت و برگشتی است. روی مارپیچه نر(eMal) چند برآمدگی به صورت مارپیچ وجود دارد که مانند مارپیچه ی دستگاه چرخ گوشت با چرخش مارپیچه، حرکت رو به جلویی را برای گاز تداعی می کنند. ظرف حاوی گاز در کمپرسور های رفت و برگشتی سیلندر و در کمپرسور های پیچشی مارپیچه ای به نام روتور ماده (Female) است که وظایف آن عینا شبیه هم است و هر دو نقش ظرفی را بازی می کنند که گاز درون آن قرار گرفته و متراکم می شود . روتور های نر و ماده در شکل(1) مشخص شده اند.

شکل1- نمایی از کمپرسور اسکرو

عمل متراکم کردن در این کمپرسور ها به دلیل منتقل کردن گاز از یک فضای کم فشار به فضای پر فشار انجام می گیرد. هر کدام از شیار های مارپیچه ماده(Female) به ترتیب با چرخش، گاز موجود در خود را درون مجرای خروجی تخلیه کرده و مجددا از گاز کم فشار پر می شوند و این سیکل به تناوب تکرار می شود. برخی از سازندگان اساس تقسیم بندی کمپرسور های پیچشی را بر اساس تعداد مارپیچ ها می دانند از نظر دیگر، کمپرسور های پیچشی به دو نوع خشک (Oil Free) و روغنی(Oil Food) تقسیم بندی می شوند. در کمپرسور های روغنی(Oil Food) ، روغن به صورت لایه ای بین شیار ها و بدنه قرار می گیرد و باعث کاهش نشتی ، کاهش اصطکاک بین مارپیچه ها و همچنین تا حدی باعث خنک سازی گاز خروجی می گردد. ضعف این روش در آن است که در این کمپرسور ها گاز خروجی حاوی روغن بوده و برای برخی فرایند ها روغن می تواند مشکل ساز باشد، به همین دلیل نوع دیگری از کمپرسور ها ساخته شده که به آنها خشک (Oil Free) گفته می شود، در این کمپرسور ها به دلیل عدم وجود روغن، احتمال برخورد روتور ها به یکدیگر و همچنین برگشت گاز افزایش می یابد، لذا می بایست فاصله ی مناسب میان روتور ها و همچنین تاج روتور ها و پوسته وجود داشته باشد که این کار به وسیله ی دو چرخدنده تایمینگ (Timing gear) و همچنین بیرینگ های غلتشی انجام میگردد (فورستهوفر، ویلیام ای ، 1388).

کمپرسورهای اسکرو واحد پتروشیمی لاله از نوع جابجایی مثبت دورانی و خشک (Oil Free) هستند که ساخت شرکت Aerzen آلمان و از نوع VM45 می باشند که نقشه کلی آن در شکل(2) مشهود است. هوای فشرده شده توسط این کمپرسورها محصول تولیدی را به سیلوهای ذخیره سازی و بسته بندی منتقل می کند و به همین دلیل وجود این کمپرسورها در روند تولید بسیار اهمیت دارند.

مشخصات فرآیندی این کمپرسور به شرح زیر می باشد (Aerzen Maschinenfabrik Gmbh,2003) :

P_ورودی = 1 bar

P_خروجی = 3/4 bar

Q= 75/41 m³/min

T_خروجی = 250 °C

Compressor speed = 9723 rpm

Motor speed = 2950 rpm

شکل2- نقشه ی کلی کمپرسور اسکرو

در تاریخ 20/10/1393 کمپرسور A3080 به محض اینکه در سرویس قرار گرفت بصورت ناگهانی از سرویس خارج شد و کمپرسورB به عنوان اسپیر (spare) در سرویس قرار گرفت که این کمپرسور نیز مانند کمپرسور قبلی از مدار خارج شد. سپس کمپرسور 9101 نیز با وضعیتی مشابه دو کمپرسور قبلی بصورت ناگهانی تریپ خورد. مشاهدات اولیه حاکی از برخورد روتورها ی هر دو کمپرسور به همدیگر و جام شدن آنها می بود که در شکل های (3) ، (4) و (5) به وضوح مشخص می باشد.

شکل3- برخورد روتورها به همدیگر

شکل4- برخورد روتورها به پوسته کمپرسور

شکل5- شکسته شدن کاور جانبی (side plate) در اثر برخورد روتورها به آن

عوامل بهم خوردن تایمینگ در کمپرسورهای اسکرو به سه دسته کلی تقسیم بندی می شوند :

1- مکانیکی

2- فرآیندی

3- ابزاردقیقی

شکل6- نمایی از چرخدنده های تایمینگ کمپرسور اسکرو پس از تعمیر

مکانیکی

گشتاور چاک نات ها

این چاک نات ها بر روی چرخدنده های تایمینگ بسته می شوند، از اینرو اعمال گشتاور مورد نیاز، مطابق مدارک شرکت سازنده، برای بستن این چاک نات ها بسیار مهم است و همچنین هنگام اعمال این گشتاور باید چاک نات ها به چسب 243 Loctite آغشته شوند تا از باز شدن چاک نات و حرکت چرخدنده ها بر روی شافت و بهم خوردن لقی مجاز بین روتور ها جلوگیری شود.

خرابی بیرینگ ها

خرابی بیرینگ ها می تواند ناشی از ساییدگی ساچمه ها (و یا رولرها) ، خوردگی و یا شکستن کیج باشد ، مطابق شکل (7)، که این امر سبب بهم خوردن لقی شعاعی و محوری بیرینگ ها شده و در نهایت منجر به از بین رفتن کلیرانس مجاز بین روتور ها و همچنین باعث تاچ کردن روتور ها با یکدیگر می شود. خرابی بیرینگ ها می تواند ناشی از عوامل زیر باشد:

شکل7- خرابی رینگ داخلی و رولر های بیرینگ شفت محرک

• هم محور نبودن کمپرسور و موتور که نتیجه آن افزایش ارتعاشات است و در صورت ادامه ی کار با همان وضعیت باعث خرابی بیرینگ ها می شود.

• خرابی پمپ روغن و یا تنظیم نبودن فشار خروجی پمپ باعث عدم روانکاری و نیز عدم خنک کاری مناسب بیرینگ ها می شود که هر دو مورد منجر به خرابی بیرینگ ها می گردد.
• کوپلینگ این کمپرسور از نوع رابرهای ارتجاعی(Flexible compression sleeve coupling) می باشد که در شکل (8) نشان داده شده است. در این نوع کوپلینگ ها خرابی رابر ها (Flexible sleeve) باعث افزایش ارتعاشات کمپرسور می شود که این امر سبب خرابی بیرینگ ها و در نتیجه بهم خوردن تایمینگ گیر ها می شود.

شکل8- کوپلینگ کمپرسور اسکرو Type: VM45

خرابی چرخدنده ها

لقی بین چرخدنده ها (Backlash) قبل از تایم کردن بوسیله ساعت اندیکاتور اندازه گیری می گردد که مقدار آن می بایست در محدوده ی مجاز معرفی شده در مدارک سازنده باشد در غیر این صورت شاهد افزایش ارتعاشات و بهم خوردن تایمینگ چرخدنده ها و تاچ کردن روتور ها با یکدیگر می گردد.

فرآیندی

مهمترین مشکل فرآیندی که می تواند باعث بهم خوردن تایمینگ کمپرسور گردد، افزایش فشار خروجی کمپرسور می باشد که عمدتا بعلت نقص در تجهیزات پایین دستی کمپرسور مثل گرفتگی لاین ها و خرابی ولو ها می باشد.

مسدود شدن (چک شدن) لاین خروجی کمپرسور

وجود کلوخه در لاین خروجی کمپرسور باعث گرفتگی لاین و در نتیجه افزایش فشار خروجی کمپرسور می شود.

خرابی شیر خروجی کمپرسور

بر روی لاین خروجی کمپرسور یک عدد شیر پروانه ای(Butterfly valve) وجود دارد، شکل (9)، که روشن و یا خاموش بودن آن از روی شاخصی که بر روی آن قرار گرفته است قابل رویت است، شکل (10). ساختمان داخلی این ولو به گونه ای است که اگر اتصال ساقه ولو (drive stub shaft) و دیسک (Disk) ولو جدا شود، ولو فرمان نمی گیرد به گونه ای که جلوی کمپرسور بسته می ماند در حالیکه شاخص در حالت روشن قرار می گیرد، که این امر سبب ایجاد مقاومت شدید در لاین خروجی کمپرسور و در نتیجه بالا رفتن فشار خروجی کمپرسور و لود زیاد بر روی روتور ها می گردد که در نتیجه بهم خوردن تایمینگ را در بر خواهد داشت.

شکل9- ساختمان داخلی butterfly valve

شکل 10- نمایی از شاخص نشان دهنده روشن یا خاموش بودن ولو

چک ولو

وجود چک ولو به منظور جلوگیری از برگشت جریان گاز و فاین موجود در لاین به کمپرسور الزامی می باشد، اهمیت این موضوع هنگام توقف(Stop) کمپرسور اصلی و راه اندازی (Start) کمپرسور اسپیر(Spare) بیشتر مشخص می گردد به این صورت که در هنگام جابجا کردن (Change) کردن کمپرسور اگر چک ولو پاسی داشته باشد گاز موجود در لاین خروجی به کمپرسور برگشت داده می شود و باعث افزایش فشار بر روی روتور ها و قطعات داخل کمپرسور می شود.

ابزاردقیقی

بمنظور اطمینان از صحت عملکرد تجهیزات دوار نصب انواع سیستم های کنترلی از قبیل سنسورهای کنترل دما و فشاربر روی این تجهیزات ضروری است. در این کمپرسورها نیز سنسورهای مربوط به اندازه گیری فشار و دمای هوای خروجی و همچنین فشار و دمای روغن روانکار بدرستی تعبیه گردیده بود، ولی بدلیل عدم تعریف ست پوینت (set point) برای این سنسورها ، در صورت تجاوز دما یا فشار از مقدار مجاز، کمپرسور همچنان بکار خود ادامه می داد تا هنگامیکه بدلیل آسیب قطعات داخلی از سرویس خارج گردد.

نتیجه گیری

کمپرسورهای اسکرو نسبت به فشار خروجی بسیار حساس می باشند بگونه ای که افزایش فشار خروجی مهمترین عامل در خرابی کمپرسورهای اسکرو پتروشیمی لاله گردید.

در روز بروز خرابی، عامل مهم دیگری نیز وجود داشت که عدم تعریف ست پوینت (set point) برای سنسورهای تعبیه شده بر روی کمپرسور بود. بطوریکه عدم اطلاع از این امر، باعث از دست دادن 3 کمپرسور اسکرو در یک روز و طی چند ساعت گردید. پس از این اتفاق، برای سنسورهای مذکور ست پوینت (set point) مناسب تعریف شد و از آن پس تا کنون گزارشی مبنی بر خرابی ناشی از افزایش فشار خروجی کمپرسور داده نشده است.

منابع

فورستهوفر، ویلیام ای. (1388)، کمپرسورها ماشین های دوار1، (ترجمه مجید یوسفی).تهران: دایره صنعت

Aerzen Maschinenfabrik Gmbh,)2003 .(Operating and installationmanual.[document]