余金艷

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江 大慶 163711）

某石化公司煉油廠石蠟加氫精制裝置1993年建成投產(chǎn)，經(jīng)多次改造，目前裝置加工能力為15萬噸/年。2020年2月，氫壓機(jī)C-01B在運轉(zhuǎn)過程中突然因高振動聯(lián)鎖動作停機(jī)，操作員緊急啟動備機(jī)。對氫壓機(jī)進(jìn)行解體檢修時，發(fā)現(xiàn)曲軸箱內(nèi)連桿斷裂。本文對氫壓機(jī)停機(jī)原因及連桿斷裂原因進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)措施。

1 裝置運行情況及工藝流程簡介

某石蠟加氫裝置占地面積為4500m2，裝置設(shè)計年加工能力為10萬噸，所加工的原料為大慶原油經(jīng)溶劑脫蠟脫油后的減二、減三線的石蠟，主要產(chǎn)品為54號、56號、58號、60號、62號5個牌號的工業(yè)石蠟，于1993年4月建成投產(chǎn)。經(jīng)多次改造，2015年起，裝置年加工能力達(dá)到15萬噸/年。

裝置工藝流程為原料蠟，自罐區(qū)來，經(jīng)低壓原料泵打入原料產(chǎn)品換熱器與產(chǎn)品換熱后，進(jìn)入脫氣塔進(jìn)行真空脫氣，脫氣后的原料經(jīng)高壓原料泵加壓后與循環(huán)氫進(jìn)行混合，氫蠟混合物料與反應(yīng)產(chǎn)物換熱后再進(jìn)入加熱爐，氫蠟混合物料在爐管中加熱后進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在固定床催化劑存在的條件下，發(fā)生脫硫、脫氮、脫氧、烯烴飽和芳烴轉(zhuǎn)化等加氫反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物與氫蠟混合物料換熱后進(jìn)入高壓分離罐，進(jìn)行高壓油氣分離，分離出的氫氣經(jīng)兩次分蠟及冷卻由氫壓機(jī)壓縮后循環(huán)使用，高壓分離罐分離出來的蠟油經(jīng)減壓后進(jìn)入低壓分離罐，進(jìn)行低壓油氣分離，分離后的蠟油進(jìn)入汽提塔，用過熱蒸進(jìn)行汽提脫氣、脫水，汽提后的蠟油進(jìn)入干燥塔真空干燥，最后由產(chǎn)品泵抽出，經(jīng)過產(chǎn)品過濾器過濾，原料產(chǎn)品換熱器與原料換熱，最后，經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻至80℃左右進(jìn)入產(chǎn)品罐。

2 氫壓機(jī)停機(jī)原因分析

2.1 設(shè)備基本情況概述

本次發(fā)生故障的氫壓機(jī)C-01B位于石蠟加氫裝置壓縮機(jī)廠房內(nèi)，在工藝流程中的作用是將反應(yīng)產(chǎn)物與氫蠟混合物料換熱后經(jīng)高壓分離器分離出來的氫氣進(jìn)行壓縮循環(huán)使用，介質(zhì)為循環(huán)氫氣，出口壓力7.0MPa。

該氫壓機(jī)為對置單級活塞式往復(fù)壓縮機(jī)，型號為TP200，由美國制造，1993年隨裝置安裝，共C-01A、C-01B兩臺壓縮機(jī)切換使用。至本次氫壓機(jī)C-01B突然停機(jī)時，已運行27年。

2.2 設(shè)備聯(lián)鎖情況排查

該氫壓機(jī)共設(shè)置有4個振動聯(lián)鎖點，當(dāng)任意兩個點振值達(dá)到9mm/s時，壓縮機(jī)報警，當(dāng)兩個點同時達(dá)到18mm/s時，壓縮機(jī)自動停機(jī)。故障發(fā)生后，調(diào)取當(dāng)日7:05的DCS振動曲線（圖1）發(fā)現(xiàn)，氫壓機(jī)C-01B在7:05分時，4個振值儀表連鎖點均瞬間超過18mm/s，達(dá)到27～47mm/s，因振值達(dá)到聯(lián)鎖值造成壓縮機(jī)自停。

圖1 停機(jī)當(dāng)日氫壓機(jī)C-01B振動曲線

通過DCS對近期氫壓機(jī)運行曲線（圖2）進(jìn)行調(diào)取，從曲線上看，該壓縮機(jī)近1個月間運行十分平穩(wěn)，振值穩(wěn)定，無明顯上升趨勢。

圖2 此前一個月氫壓機(jī)C-01B振動曲線

對裝置報警記錄進(jìn)行監(jiān)測，截取故障發(fā)生期間的明細(xì)，故障發(fā)生時存在三點氫壓機(jī)振動高高聯(lián)鎖動作，其余操作平穩(wěn)無報警。壓縮機(jī)入口有分液罐，設(shè)置高、高高液位開關(guān)聯(lián)鎖，故障發(fā)生時未見動作，排除壓縮機(jī)帶液可能。

圖3 故障時報警記錄

故障發(fā)生后，對氫壓機(jī)C-01B進(jìn)行解體檢修，檢修前機(jī)體卸壓至0MPa，再使用氮氣對氫壓機(jī)出入口管線及機(jī)體進(jìn)行完全置換，并做好能量隔離措施。檢修人員打開曲軸箱后，發(fā)現(xiàn)該壓縮機(jī)曲軸連桿部位斷裂（圖4）。

圖4 打開氫壓機(jī)C-01B曲軸箱蓋發(fā)現(xiàn)連桿斷裂

綜上，氫壓機(jī)C-01B突然停機(jī)的原因，是因為連桿斷裂造成壓縮機(jī)振值超標(biāo)引起聯(lián)鎖自停。因近期振動曲線平穩(wěn)，通過巡檢和監(jiān)盤無法及時發(fā)現(xiàn)連桿存在疲勞損傷。

3 氫壓機(jī)C-01B連桿斷裂原因分析

3.1 氫壓機(jī)運行情況分析

根據(jù)《SHS01020--2004 活塞式壓縮機(jī)維護(hù)檢修規(guī)程》及某公司動設(shè)備管理制度活塞式壓縮機(jī)強(qiáng)檢管理實施辦法，活塞式壓縮機(jī)要求每24個月進(jìn)行一次大修。該氫壓機(jī)C-01B上次大修時間為2018年5月，2019年6月進(jìn)行過一次小修，根據(jù)運行時間，車間已做2020年2月對氫壓機(jī)進(jìn)行大修的計劃，不存在超期檢修。

因運行時間超過20年，2017年對兩臺氫氣壓縮機(jī)進(jìn)行國產(chǎn)化測繪加工。其中C-01A于2017年7月進(jìn)行改造，除曲軸及殼體外，兩側(cè)連桿至活塞的運動件均更換為國產(chǎn)備件。為確保使用可靠性，決定對C-01A運行考察一個檢修周期后，再對C-01B進(jìn)行更換。故本次斷裂連桿為原機(jī)原廠件。

自2018年裝置檢修后開工以來，氫壓機(jī)C-01B的各運行參數(shù)均在工藝指標(biāo)范圍內(nèi)，未發(fā)生超負(fù)荷情況。但是自2019年4月開始，因加氫反應(yīng)器壓差開始升高，至本次故障前，系統(tǒng)差壓已逐漸升高至1.0MPa，造成氫壓機(jī)做功阻力加大。壓縮機(jī)入口有一立式分液罐，設(shè)置高、高高液位開關(guān)聯(lián)鎖，操作人員每4個小時對分液罐進(jìn)行一次脫液操作，按時脫液，故障時未見動作，排除氫壓機(jī)帶液可能。

3.2 連桿斷口處宏觀檢查及電鏡掃描結(jié)果

本次斷裂發(fā)生在連桿變徑部位，委托檢測單位對斷裂連桿進(jìn)行檢測分析。該連桿于1993年購置，供貨標(biāo)準(zhǔn)、連桿材質(zhì)牌號等具體資料不詳，無法對該連桿的組織性能進(jìn)行檢驗分析，因此，本次失效分析的主要手段為對斷口進(jìn)行電鏡掃描分析。

首先，對斷口處進(jìn)行宏觀檢查?？捎^察到斷口表面較為平齊，斷口處無明顯的塑形變形。對1#斷口與2#斷口分別放大后可發(fā)現(xiàn)，1#斷口可見明顯的裂紋擴(kuò)展區(qū)域，存在裂紋源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)、瞬斷區(qū)等疲勞斷口的主要特征區(qū)域，而2#斷口并無裂紋擴(kuò)展區(qū)域，且2#斷口周圍磨損嚴(yán)重，由此可推斷，該連桿的斷裂失效由1#斷口開始，2#斷口為隨后的磨損過載斷裂。

圖5 氫壓機(jī)C-01B解體后拆卸出斷裂的連桿

本次斷裂由1#斷口發(fā)生，故本次檢測主要對1#斷口進(jìn)行斷口分析。在1#斷口裂紋源區(qū)可見較大的機(jī)械磨損，由于連桿發(fā)生斷裂后，設(shè)備仍存在慣性運轉(zhuǎn)，因此，無法判斷該磨損部位是斷裂前磨損還是斷裂后磨損。斷口內(nèi)大部分區(qū)域較為平坦，為裂紋的擴(kuò)展區(qū)，屬于裂紋慢速擴(kuò)展區(qū)域，擴(kuò)展區(qū)存在較大條帶，這是疲勞斷口的宏觀形貌特征。斷口內(nèi)部剩余的凸起部分為最后斷裂區(qū)，屬于裂紋快速擴(kuò)展和瞬間斷裂的區(qū)域。

圖6 1#斷口擴(kuò)展區(qū)的疲勞輝紋

對1#斷口采用機(jī)械加工的方法制成掃描電鏡試樣，將掃描電鏡試樣采用過超聲波清洗器反復(fù)清洗后，裝入掃描電鏡內(nèi)進(jìn)行觀察，因試樣裂紋源區(qū)發(fā)生磨損，使得源區(qū)的原始斷口形貌發(fā)生破壞，對裂紋擴(kuò)展區(qū)進(jìn)行觀察，局部放大后觀察斷口上有疲勞輝紋存在，這是疲勞斷口最主要的證據(jù)。

根據(jù)運行情況分析及檢測結(jié)果判斷，本次石蠟加氫裝置氫氣壓縮機(jī)C-01B連桿斷裂的原因為疲勞斷裂。

4 采取的措施

4.1 嚴(yán)格控制工藝操作

運行27年來，該石蠟加氫精制裝置歷經(jīng)多次改造，年設(shè)計能力由10萬噸逐步提高至15萬噸，2018年檢修開工后，裝置始終保持滿負(fù)荷條件運行。2018年12月后，反應(yīng)器出、入口差壓較上一周期比有上升趨勢，2019年4月反應(yīng)器差壓逐漸上升明顯，目前系統(tǒng)差壓已逐漸升高至1.0MPa。主要原因是本周期加工部分減三線蠟油，該原料中含有較多的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，對反應(yīng)器床層的差壓有影響。目前，將減三線蠟油進(jìn)行正序工藝流程生產(chǎn)，減少石蠟加氫裝置原料中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。2020年7月，對反應(yīng)器進(jìn)行催化劑撇頭更換，降低了系統(tǒng)差壓。

裝置對氫壓機(jī)入口溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，該溫度主要通過循環(huán)氫冷卻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前，控制循環(huán)氫冷卻器溫度在55～60℃，使循環(huán)氫與蠟液能夠在冷高壓分蠟罐中進(jìn)行充分分離，減少循環(huán)氫中的蠟進(jìn)入氫壓機(jī)入口分液罐。加強(qiáng)對氫壓機(jī)循環(huán)氫流量的控制，保證循環(huán)氫流量平穩(wěn)減少波動。

4.2 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理

本次氫壓機(jī)C-01B高振動自停，氫壓機(jī)C-01A開機(jī)正常后，氫壓機(jī)C-01B氫壓機(jī)盤車后空轉(zhuǎn)無異常，無論是從振值還是出入口溫度，以及現(xiàn)場觀察均正常。故障發(fā)生初期，設(shè)備管理人員對儀表振動聯(lián)鎖信號的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了懷疑，但通過解體檢修，對曲軸箱進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)曲軸連桿斷裂，說明此次設(shè)備管理人員在對氫壓機(jī)因振動高自停的原因進(jìn)行分析時第一判斷有誤，存在對儀表設(shè)施不信任的偏執(zhí)主觀心理，經(jīng)驗不足。

通過本次故障，排查得出氫壓機(jī)室內(nèi)攝像頭停送電、在氫壓機(jī)室內(nèi)使用對講機(jī)對振值有干擾，目前正逐點消除外界干擾源，干擾相對減少，但原振動探頭為老產(chǎn)品，本身抗干擾能力較差，準(zhǔn)備更換抗干擾探頭，最終解決干擾問題。

對于往復(fù)機(jī)強(qiáng)檢，有關(guān)設(shè)備管理有明確規(guī)定，但是，由于對于連桿是鑄件的原因，現(xiàn)有的檢測方式不足以完全檢測出本可能存在的缺陷或者裂紋，至于交變載荷形成的內(nèi)缺陷的檢查，還有待于向廠家和檢測中心請教和學(xué)習(xí)，看是否有先進(jìn)的檢測方法。

5 結(jié)語

通過加強(qiáng)工藝操作條件調(diào)整，嚴(yán)格控制氫壓機(jī)入口溫度，避免循環(huán)氫中的蠟進(jìn)入壓縮機(jī)入口分液罐內(nèi)，減少循環(huán)氫量波動，根據(jù)催化劑使用情況和活性要求定期撇頭換劑、控制系統(tǒng)壓差，根據(jù)生產(chǎn)實際情況及制度按時對氫壓機(jī)進(jìn)行強(qiáng)檢，加強(qiáng)氫壓機(jī)運行及維護(hù)知識的培訓(xùn)，提高儀表指示的可靠性和抗干擾能力，確保壓縮機(jī)平穩(wěn)運行。