往復壓縮機氣閥損壞分析及處理措施

田汝國，張兆寬

（中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東濟南250101）

往復壓縮機氣閥損壞分析及處理措施

田汝國，張兆寬

（中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東濟南250101）

論述了柴油加氫裝置新氫壓縮機，因氣閥損壞導致撞缸事故的過析及處理措施。

往復壓縮機；氣閥

1　引言

往復壓縮機具有氣流速度低、損失小、比功率低、性能穩(wěn)定、氣量調節(jié)時排氣壓力幾乎不變等優(yōu)點，因而煉油廠柴油加氫裝置多采用往復壓縮機作為輸送高壓力氫氣的設備。但是往復機也經(jīng)常發(fā)生較嚴重的事故，帶來不可估量的損失。

我廠柴油加氫裝置新氫壓縮機為往復壓縮機，將裝置用氫氣增壓至所需壓力，于2011年9月正式投用，10月份增加了氣量無級調節(jié)系統(tǒng)。壓縮機設計工藝參數(shù)：入口壓力：1.8 MPa；出口壓力：9.41 MPa；流量：22100 m3n/h；轉速：300 r/min；電機功率：1800 kW。

2　故障過程

2012-02-11下午16∶20，當班操作人員在現(xiàn)場處理氨液增壓泵時，聽到新氫壓縮機K101B發(fā)出異常聲響，但等趕到機組旁時聲響就消失，此時發(fā)現(xiàn)二級排氣溫度在逐步上漲，過了1 min后又出現(xiàn)撞擊聲，16∶35操作人員立即做緊急停機處理。

經(jīng)維修人員拆檢發(fā)現(xiàn)，二級進氣閥損壞一個，導致撞缸。

3　故障分析

3.1操作分析

（1）從事后的DCS參數(shù)記錄來看，16∶00開始新氫壓縮機二級排氣溫度由109℃逐步上漲，停機前達到131℃，二級排氣壓力基本沒變（相當于系統(tǒng)壓力）。但是二級排氣溫度根據(jù)原設計資料，130℃以下算是正常的，只是變化率大了，趨勢不對，其余參數(shù)基本正常。

（2）故障前，二級進氣壓力溫度平穩(wěn)。二級進氣壓力在16∶33左右先是下降后開始上升，在停機前達到最高。應該是閥座先斷裂通流面積瞬間增大壓力下降，之后就是氣缸內高壓高溫氣體倒流造成壓力、溫度升高。此時對應的二級負荷調節(jié)輸出閥位由正常的60%迅速上升至85%。

（3）機身振動在停機前最高不到5 mm/s，聯(lián)鎖停機值是22 mm/s。在16∶20后波動變密集一些，需要有經(jīng)驗的人才可以注意到。

（4）進裝氫氣量基本平穩(wěn)，系統(tǒng)壓力變化不大。

3.2往復機拆檢情況及分析

（1）二級進氣閥嚴重損壞一個，碎裂后進入二級氣缸，造成撞缸，見圖1、2。

圖1　進氣閥

圖2　二級活塞頭

（2）進一步檢查發(fā)現(xiàn)，二級進氣氣閥的防松螺母斷裂。S型防松螺母是安裝于氣閥頂部，用于固定閥蓋與閥座，并防止二者之間產(chǎn)生位移的關鍵部件。由于S型防松螺母斷裂，導致中心螺母與螺桿脫離，閥蓋與閥座分離，二級進氣閥在高頻振動下導致閥蓋斷裂，進入二級氣缸，被活塞往復運動壓平。有2塊嵌入活塞體，并造成活塞頭部分缺損，具體圖3，4。

（3）二級氣缸內鏡面無損壞，軸封輕微磨損影響不大。維修人員對曲軸瓦、連桿大小頭瓦進行拆檢，未發(fā)現(xiàn)異常。

（4）對活塞頭著色探傷未發(fā)現(xiàn)異常，損壞的地方作修平處理。

圖3　防松螺母

圖4　斷裂的螺母

4　氣閥損壞原因分析

由于本機組設計采用開式氣閥，開式氣閥的結構決定了該閥的風險均集中在中心螺桿鎖緊螺母上，中心螺栓承受閥片沖擊力［1］，即下閥座是懸在閥腔上面的。一旦它出現(xiàn)問題，比如斷裂，就會造成閥蓋碎裂最終落入氣缸，導致撞缸發(fā)生。

將斷裂防松螺母送至山東省特種設備安全工程技術研究中心做進一步分析，得到如下結論：

（1）化學成分分析

為確定螺帽的材質，對其進行了光譜分析（見表1）。根據(jù)GB/T20878-2007《不銹和耐熱鋼牌號及化學成分》，由分析結果可知螺帽的材料為022Cr17Ni12Mo2（舊牌號為：00Cr17Ni14Mo2），且其含量符合標準值。

（2）金相分析

將金相試樣用王水腐蝕之后，在金相顯微鏡下觀察其顯微組織形貌，可以看到金相組織多為奧氏體晶粒及黑點狀碳化物，碳化物的形成，弱化了晶界，導致鋼的性能變脆，強烈影響了鋼的韌化。且較多奧氏體內有孿晶分布，孿晶的形成，起到硬化作用，但會降低材料的塑性。晶粒多為橫向變形，初步推斷是由于受到垂直方向的擠壓，進一步說明了垂直方向產(chǎn)生了振動。此外，還發(fā)現(xiàn)金屬材料有較多的缺陷（如凹坑等）的存在。

（3）硬度分析

對試樣顯微硬度取平均值進行測試，無明顯硬度不均勻現(xiàn)象。其平均值為260 HV，明顯不符合GB/T1220-2007《不銹鋼棒》經(jīng)固溶處理的022Cr17Ni12Mo2奧氏體不銹鋼，其硬度不大于200 HV的要求，這是由于材料的熱處理出現(xiàn)了問題。

表1　螺帽光譜分析結果

5　處理措施及效果

（1）針對這種氣閥結構不安全性，決定改為閉式氣閥結構。

閉式氣閥止口位置在下閥蓋處，這樣整個氣閥就被外部的壓蓋螺栓緊緊壓住，即使防松螺母松開，氣閥也不會上下振動導致斷裂，可以避免因氣閥損壞而導致的撞缸事故發(fā)生。

（2）當天操作人員對于二級排氣溫度異?，F(xiàn)象未能更早發(fā)現(xiàn)，是處理不足之處。為了更好的幫助操作人員及早發(fā)現(xiàn)異常，我們決定將重要設備的主要參數(shù)報警值重新修改，在平均波動范圍基礎上再加一定數(shù)值為報警值。比如原溫度值正常為110℃，將報警值修改為120℃。另外還將排氣溫度的波動率做到DCS上，如參數(shù)在0.5 h或者1 h內，上下波動超過10%就予以報警，幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)異常。

（3）氣閥結構形式改變后，該往復機平穩(wěn)運行3年未再發(fā)生因氣閥損壞導致的撞缸事故，消除了安全隱患。

［1］韓萬富，何立東，裴正武，等.丁烷往復壓縮機出口管道的阻尼減振研究［J］.壓縮機技術，2012，（5）.

［2］Paul C.Hanlon.壓縮機手冊［M］.北京：中國石化出版社.

［3］王福利，田吉新，戴有恒，等.石油化工廠設備檢修手冊壓縮機組［M］.北京：中國石化出版社.

［4］王威強，常峰，蘇成功.螺帽失效分析［K］.山東省特種設備安全工程技術研究中心.

［5］王志文，徐宏，關凱書，張莉.化工設備失效原理與案例分析［M］.上海：華東理工大學出版社.

Analysis and Treating Measures for the Valve Damage in Reciprocating Compressor

TIAN Ru-guo，ZHANG Zhao-kuan
（Sinopec Jinan Branch，Jinan 250101，China）

The paper introduced the treatment measures of the fault of cylinder hitting due to gas valve damage in diesel hydrogenation unit new hydrogen compressor.

reciprocating compressor；valve

TH457

B

1006-2971（2015）05-0054-03

田汝國（1975-），男，山東濟南人，本科，工程師，現(xiàn)在中石化濟南分公司機動處從事設備管理工作。

2015-04-15