田汝國，張兆寬

（中國石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）

往復(fù)壓縮機(jī)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(jì)南分公司，山東濟(jì)南250101）

論述了柴油加氫裝置新氫壓縮機(jī)，因氣閥損壞導(dǎo)致撞缸事故的過析及處理措施。

往復(fù)壓縮機(jī)；氣閥

1　引言

往復(fù)壓縮機(jī)具有氣流速度低、損失小、比功率低、性能穩(wěn)定、氣量調(diào)節(jié)時(shí)排氣壓力幾乎不變等優(yōu)點(diǎn)，因而煉油廠柴油加氫裝置多采用往復(fù)壓縮機(jī)作為輸送高壓力氫氣的設(shè)備。但是往復(fù)機(jī)也經(jīng)常發(fā)生較嚴(yán)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(jī)為往復(fù)壓縮機(jī)，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(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)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(zhuǎn)速：300 r/min；電機(jī)功率：1800 kW。

2　故障過程

2012-02-11下午16∶20，當(dāng)班操作人員在現(xiàn)場處理氨液增壓泵時(shí)，聽到新氫壓縮機(jī)K101B發(fā)出異常聲響，但等趕到機(jī)組旁時(shí)聲響就消失，此時(shí)發(fā)現(xiàn)二級(jí)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(jī)處理。

經(jīng)維修人員拆檢發(fā)現(xiàn)，二級(jí)進(jìn)氣閥損壞一個(gè)，導(dǎo)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(jī)二級(jí)排氣溫度由109℃逐步上漲，停機(jī)前達(dá)到131℃，二級(jí)排氣壓力基本沒變（相當(dāng)于系統(tǒng)壓力）。但是二級(jí)排氣溫度根據(jù)原設(shè)計(jì)資料，130℃以下算是正常的，只是變化率大了，趨勢不對(duì)，其余參數(shù)基本正常。

（2）故障前，二級(jí)進(jìn)氣壓力溫度平穩(wěn)。二級(jí)進(jìn)氣壓力在16∶33左右先是下降后開始上升，在停機(jī)前達(dá)到最高。應(yīng)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(nèi)高壓高溫氣體倒流造成壓力、溫度升高。此時(shí)對(duì)應(yīng)的二級(jí)負(fù)荷調(diào)節(jié)輸出閥位由正常的60%迅速上升至85%。

（3）機(jī)身振動(dòng)在停機(jī)前最高不到5 mm/s，聯(lián)鎖停機(jī)值是22 mm/s。在16∶20后波動(dòng)變密集一些，需要有經(jīng)驗(yàn)的人才可以注意到。

（4）進(jìn)裝氫氣量基本平穩(wěn)，系統(tǒng)壓力變化不大。

3.2往復(fù)機(jī)拆檢情況及分析

（1）二級(jí)進(jìn)氣閥嚴(yán)重?fù)p壞一個(gè)，碎裂后進(jìn)入二級(jí)氣缸，造成撞缸，見圖1、2。

圖1　進(jìn)氣閥

圖2　二級(jí)活塞頭

（2）進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，二級(jí)進(jìn)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(guān)鍵部件。由于S型防松螺母斷裂，導(dǎo)致中心螺母與螺桿脫離，閥蓋與閥座分離，二級(jí)進(jìn)氣閥在高頻振動(dòng)下導(dǎo)致閥蓋斷裂，進(jìn)入二級(jí)氣缸，被活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(jí)氣缸內(nèi)鏡面無損壞，軸封輕微磨損影響不大。維修人員對(duì)曲軸瓦、連桿大小頭瓦進(jìn)行拆檢，未發(fā)現(xiàn)異常。

（4）對(duì)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(jī)組設(shè)計(jì)采用開式氣閥，開式氣閥的結(jié)構(gòu)決定了該閥的風(fēng)險(xiǎn)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(huì)造成閥蓋碎裂最終落入氣缸，導(dǎo)致撞缸發(fā)生。

將斷裂防松螺母送至山東省特種設(shè)備安全工程技術(shù)研究中心做進(jìn)一步分析，得到如下結(jié)論：

（1）化學(xué)成分分析

為確定螺帽的材質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行了光譜分析（見表1）。根據(jù)GB/T20878-2007《不銹和耐熱鋼牌號(hào)及化學(xué)成分》，由分析結(jié)果可知螺帽的材料為022Cr17Ni12Mo2（舊牌號(hào)為：00Cr17Ni14Mo2），且其含量符合標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)狀碳化物，碳化物的形成，弱化了晶界，導(dǎo)致鋼的性能變脆，強(qiáng)烈影響了鋼的韌化。且較多奧氏體內(nèi)有孿晶分布，孿晶的形成，起到硬化作用，但會(huì)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(jìn)一步說明了垂直方向產(chǎn)生了振動(dòng)。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(duì)試樣顯微硬度取平均值進(jìn)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(jié)果

5　處理措施及效果

（1）針對(duì)這種氣閥結(jié)構(gòu)不安全性，決定改為閉式氣閥結(jié)構(gòu)。

閉式氣閥止口位置在下閥蓋處，這樣整個(gè)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(huì)上下振動(dòng)導(dǎo)致斷裂，可以避免因氣閥損壞而導(dǎo)致的撞缸事故發(fā)生。

（2）當(dāng)天操作人員對(duì)于二級(jí)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(shè)備的主要參數(shù)報(bào)警值重新修改，在平均波動(dòng)范圍基礎(chǔ)上再加一定數(shù)值為報(bào)警值。比如原溫度值正常為110℃，將報(bào)警值修改為120℃。另外還將排氣溫度的波動(dòng)率做到DCS上，如參數(shù)在0.5 h或者1 h內(nèi)，上下波動(dòng)超過10%就予以報(bào)警，幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

（3）氣閥結(jié)構(gòu)形式改變后，該往復(fù)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行3年未再發(fā)生因氣閥損壞導(dǎo)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(fù)壓縮機(jī)出口管道的阻尼減振研究［J］.壓縮機(jī)技術(shù)，2012，（5）.

［2］Paul C.Hanlon.壓縮機(jī)手冊(cè)［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(shè)備檢修手冊(cè)壓縮機(jī)組［M］.北京：中國石化出版社.

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

［5］王志文，徐宏，關(guān)凱書，張莉.化工設(shè)備失效原理與案例分析［M］.上海：華東理工大學(xué)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(jì)南人，本科，工程師，現(xiàn)在中石化濟(jì)南分公司機(jī)動(dòng)處從事設(shè)備管理工作。

2015-04-15