祁有彬 張大勇

摘 要：本文通過(guò)對(duì)某石化企業(yè)汽油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)氣缸泄漏的處理，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中的缺陷，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，將氣缸座除砂孔開(kāi)孔位置由氣缸內(nèi)側(cè)更改為氣缸外側(cè)，杜絕了介質(zhì)沿除砂孔絲堵螺紋泄漏的可能，避免了此類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);氣缸;泄漏

1 情況簡(jiǎn)介

某石化企業(yè)50萬(wàn)t/a汽油加氫裝置于2015年2月建成投產(chǎn)，2019年1月操作員在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行的循環(huán)氫壓縮機(jī)B機(jī)左一級(jí)氣缸座冷卻水回水視鏡內(nèi)出現(xiàn)氣泡，對(duì)機(jī)組冷卻水水箱內(nèi)氣體采樣分析，結(jié)果顯示可燃?xì)怏w超標(biāo)。由此判斷，左側(cè)氣缸座出現(xiàn)泄露，氫氣進(jìn)入機(jī)組冷卻水系統(tǒng)中。該壓縮機(jī)型號(hào)為2D45-64/16-29，采用對(duì)稱(chēng)平衡型布置，兩列一級(jí)壓縮，共兩個(gè)氣缸，氣缸為水平雙作用，上進(jìn)、下出，進(jìn)氣壓力1.6MPa，排氣壓力2.9MPa，軸功率1349kW，氣缸設(shè)獨(dú)立的無(wú)相互聯(lián)系的夾套，采用除鹽水冷卻。

2 泄漏原因分析

冷卻水回水視鏡中氣泡數(shù)量較少且為間歇性出現(xiàn)，因此可以判斷氣體泄漏量較小，為滲漏。通過(guò)對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)（如圖1所示）進(jìn)行分析，造成氣缸座出現(xiàn)滲漏的原因主要有以下三個(gè)：①硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂;②氣缸座存在鑄造缺陷;③氣體沿氣缸座除砂孔螺紋處滲漏。綜合分析介質(zhì)組分、材質(zhì)及檢測(cè)數(shù)據(jù)等影響因素對(duì)以上三個(gè)原因進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

圖1? ? 壓縮機(jī)氣缸結(jié)構(gòu)圖

2.1 硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫會(huì)發(fā)生電離，鋼表面吸附氫原子，氫原子在鋼中擴(kuò)散。一方面氫原子之間具有較大的親和力，易相互結(jié)合形成氫分子排出;另一方面氫原子極小，易獲得足夠能力后變成擴(kuò)散氫滲入鋼的內(nèi)部并溶于晶格中，溶于晶格中的氫有很強(qiáng)的游離性，在一定條件下導(dǎo)致材料脆化和損傷，在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力的作用下形成開(kāi)裂[1]。

但是硫化氫的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是有條件的，干燥的硫化氫對(duì)金屬材料無(wú)腐蝕破壞作用，硫化氫溶于水才具有腐蝕破壞作用，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)NACE MR0175（2003）對(duì)氣體硫化氫環(huán)境的定義是：酸性氣體，溫度在0～65℃，氣體總壓≥0.4MPa，并且H2S分壓≥0.0003MPa，介質(zhì)中含有液相水或者在水的露點(diǎn)溫度以下[2]。介質(zhì)經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔脫硫后硫化氫濃度僅為3ppm，游離水經(jīng)過(guò)聚結(jié)器及壓縮機(jī)入口分液罐后被完全脫除，因此無(wú)法形成濕硫化氫環(huán)境。同時(shí)氣缸座的材質(zhì)為JT25-47C，該材質(zhì)在鑄鐵中加入Cr、Cu等元素提高抗硫化氫腐蝕能力，并且該壓縮機(jī)氣缸內(nèi)注油潤(rùn)滑，油霧也可以起到保護(hù)鋼材的作用。從介質(zhì)環(huán)境、材質(zhì)等綜合分析氣缸內(nèi)不具備發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的必要條件，因此其不是造成氣缸座滲漏的原因。

2.2 氣缸座存在鑄造缺陷

氣缸座是經(jīng)鑄造后由機(jī)床機(jī)加工而成，其內(nèi)部水道呈空間環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在鑄造過(guò)程中容易形成氣孔、夾砂等缺陷。氣缸座鑄造后需按照J(rèn)B/T6431-2013《容積式壓縮機(jī)用灰鑄鐵件技術(shù)條件》4.13.1之規(guī)定進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓試驗(yàn)壓力為1.5倍的最高工作壓力，保壓30min，無(wú)滲漏，并且在氣缸組裝完成后進(jìn)行氦氣氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為3.19MPa，保壓30min，無(wú)滲漏。經(jīng)查閱制造廠提供的出廠檢測(cè)報(bào)告，試驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求，未出現(xiàn)滲漏，同時(shí)氣缸座也無(wú)鑄造缺陷及修補(bǔ)記錄，因此可以排除氣缸座鑄造缺陷的原因。

2.3 氣缸座除砂孔螺紋處滲漏

氣缸座內(nèi)部有供冷卻水流動(dòng)的環(huán)形水道，在鑄造過(guò)程中留有除砂孔，鑄件冷卻后通過(guò)此孔將砂芯排出，為便于除砂，將除砂孔設(shè)置在缸座內(nèi)表面，每個(gè)缸座留有4個(gè)除砂孔，在機(jī)加工過(guò)程中，將除砂孔擴(kuò)孔并攻絲，表面涂密封膠，安裝方頭螺堵，最后對(duì)缸座表面進(jìn)行精加工。如果螺紋的加工過(guò)程中出現(xiàn)缺陷，滲透性較強(qiáng)的氫氣會(huì)沿除砂孔螺紋處滲漏，導(dǎo)致循環(huán)氫介質(zhì)竄入冷卻水中。因此推斷，該原因是造成氣缸座泄漏的主要原因。

3 泄漏原因驗(yàn)證與處理

3.1 泄漏原因驗(yàn)證

圖2? ?氣缸座除砂孔泄漏

通過(guò)上述分析，本文認(rèn)為氣缸座泄漏的原因是氣體沿除砂孔螺紋處滲漏。為驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性，對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)左一級(jí)氣缸進(jìn)行解體，檢查氣缸座內(nèi)表面，未發(fā)現(xiàn)裂紋或腐蝕現(xiàn)象，對(duì)氣缸座進(jìn)行打壓，當(dāng)壓力升到2.8MPa時(shí)，左下部除砂孔絲堵處出現(xiàn)明顯滲漏，如圖2所示。

3.2 泄漏部位的處理

圖3? ?更改后的氣缸座結(jié)構(gòu)圖

對(duì)泄漏部位的處理有兩種方案，一種是對(duì)泄漏的螺紋進(jìn)行修復(fù);另一種是更換出現(xiàn)泄漏的氣缸座。第一種方案是將泄漏的絲堵鉆孔取出，對(duì)螺紋進(jìn)行修復(fù)并安裝新的絲堵后對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行機(jī)加工，使其符合氣缸內(nèi)表面光滑度的要求，因此該方案對(duì)機(jī)加工水平要求較高，受條件限制，廠內(nèi)無(wú)法完成修復(fù)工作，需將零件寄回廠家處理，但是維修周期較長(zhǎng)。壓縮機(jī)作為加氫裝置的核心設(shè)備，采用一開(kāi)一備設(shè)計(jì)，如果備用機(jī)不可用，運(yùn)行機(jī)一旦出現(xiàn)故障會(huì)出現(xiàn)裝置停工的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)綜合考慮，目前介質(zhì)泄漏量較小，可以作為備用機(jī)組使用，制造廠加工一件新氣缸座寄到現(xiàn)場(chǎng)更換，同時(shí)建議廠家在新氣缸座鑄造過(guò)程中將除砂孔的位置由氣缸座內(nèi)側(cè)更改為外側(cè)（如圖3），這樣就能防止介質(zhì)沿除砂孔螺紋泄漏到冷卻水中。新氣缸座到貨后進(jìn)行了更換，運(yùn)行至今使用效果良好，未再出現(xiàn)泄漏情況。

4 總結(jié)

循環(huán)氫壓縮機(jī)出現(xiàn)泄漏后從介質(zhì)、選材、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行分析，確定造成氣缸座泄漏的原因，通過(guò)對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)氣缸座泄漏問(wèn)題的處理，發(fā)現(xiàn)該型往復(fù)式機(jī)在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中存在的缺陷，將氣缸座除砂孔開(kāi)孔位置由內(nèi)側(cè)改為外側(cè)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)上杜絕介質(zhì)沿螺紋滲漏的可能，消除事故隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋云，康振生，黃成寶，李艷玲.含硫化氫介質(zhì)的往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)選材[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2012，05（11）：19-21.

[2]韓萬(wàn)強(qiáng).壓縮機(jī)氣缸體鑄件氣孔類(lèi)缺陷成因分析及解決方案[J].機(jī)械工人，2014，11（13）：57-59.

作者簡(jiǎn)介：

祁有彬（1988- ），男，本科學(xué)歷，東方石化運(yùn)行二部設(shè)備工程師。

張大勇（1980- ），男，本科學(xué)歷，東方石化運(yùn)行二部設(shè)備工程師。