往复压缩机气阀损坏分析及处理措施

田汝国，张兆宽

（中国石油化工股份有限公司济南分公司，山东济南250101）

往复压缩机气阀损坏分析及处理措施

田汝国，张兆宽

（中国石油化工股份有限公司济南分公司，山东济南250101）

论述了柴油加氢装置新氢压缩机，因气阀损坏导致撞缸事故的过析及处理措施。

往复压缩机；气阀

1　引言

往复压缩机具有气流速度低、损失小、比功率低、性能稳定、气量调节时排气压力几乎不变等优点，因而炼油厂柴油加氢装置多采用往复压缩机作为输送高压力氢气的设备。但是往复机也经常发生较严重的事故，带来不可估量的损失。

我厂柴油加氢装置新氢压缩机为往复压缩机，将装置用氢气增压至所需压力，于2011年9月正式投用，10月份增加了气量无级调节系统。压缩机设计工艺参数：入口压力：1.8 MPa；出口压力：9.41 MPa；流量：22100 m3n/h；转速：300 r/min；电机功率：1800 kW。

2　故障过程

2012-02-11下午16∶20，当班操作人员在现场处理氨液增压泵时，听到新氢压缩机K101B发出异常声响，但等赶到机组旁时声响就消失，此时发现二级排气温度在逐步上涨，过了1 min后又出现撞击声，16∶35操作人员立即做紧急停机处理。

经维修人员拆检发现，二级进气阀损坏一个，导致撞缸。

3　故障分析

3.1操作分析

（1）从事后的DCS参数记录来看，16∶00开始新氢压缩机二级排气温度由109℃逐步上涨，停机前达到131℃，二级排气压力基本没变（相当于系统压力）。但是二级排气温度根据原设计资料，130℃以下算是正常的，只是变化率大了，趋势不对，其余参数基本正常。

（2）故障前，二级进气压力温度平稳。二级进气压力在16∶33左右先是下降后开始上升，在停机前达到最高。应该是阀座先断裂通流面积瞬间增大压力下降，之后就是气缸内高压高温气体倒流造成压力、温度升高。此时对应的二级负荷调节输出阀位由正常的60%迅速上升至85%。

（3）机身振动在停机前最高不到5 mm/s，联锁停机值是22 mm/s。在16∶20后波动变密集一些，需要有经验的人才可以注意到。

（4）进装氢气量基本平稳，系统压力变化不大。

3.2往复机拆检情况及分析

（1）二级进气阀严重损坏一个，碎裂后进入二级气缸，造成撞缸，见图1、2。

图1　进气阀

图2　二级活塞头

（2）进一步检查发现，二级进气气阀的防松螺母断裂。S型防松螺母是安装于气阀顶部，用于固定阀盖与阀座，并防止二者之间产生位移的关键部件。由于S型防松螺母断裂，导致中心螺母与螺杆脱离，阀盖与阀座分离，二级进气阀在高频振动下导致阀盖断裂，进入二级气缸，被活塞往复运动压平。有2块嵌入活塞体，并造成活塞头部分缺损，具体图3，4。

（3）二级气缸内镜面无损坏，轴封轻微磨损影响不大。维修人员对曲轴瓦、连杆大小头瓦进行拆检，未发现异常。

（4）对活塞头着色探伤未发现异常，损坏的地方作修平处理。

图3　防松螺母

图4　断裂的螺母

4　气阀损坏原因分析

由于本机组设计采用开式气阀，开式气阀的结构决定了该阀的风险均集中在中心螺杆锁紧螺母上，中心螺栓承受阀片冲击力［1］，即下阀座是悬在阀腔上面的。一旦它出现问题，比如断裂，就会造成阀盖碎裂最终落入气缸，导致撞缸发生。

将断裂防松螺母送至山东省特种设备安全工程技术研究中心做进一步分析，得到如下结论：

（1）化学成分分析

为确定螺帽的材质，对其进行了光谱分析（见表1）。根据GB/T20878-2007《不锈和耐热钢牌号及化学成分》，由分析结果可知螺帽的材料为022Cr17Ni12Mo2（旧牌号为：00Cr17Ni14Mo2），且其含量符合标准值。

（2）金相分析

将金相试样用王水腐蚀之后，在金相显微镜下观察其显微组织形貌，可以看到金相组织多为奥氏体晶粒及黑点状碳化物，碳化物的形成，弱化了晶界，导致钢的性能变脆，强烈影响了钢的韧化。且较多奥氏体内有孪晶分布，孪晶的形成，起到硬化作用，但会降低材料的塑性。晶粒多为横向变形，初步推断是由于受到垂直方向的挤压，进一步说明了垂直方向产生了振动。此外，还发现金属材料有较多的缺陷（如凹坑等）的存在。

（3）硬度分析

对试样显微硬度取平均值进行测试，无明显硬度不均匀现象。其平均值为260 HV，明显不符合GB/T1220-2007《不锈钢棒》经固溶处理的022Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢，其硬度不大于200 HV的要求，这是由于材料的热处理出现了问题。

表1　螺帽光谱分析结果

5　处理措施及效果

（1）针对这种气阀结构不安全性，决定改为闭式气阀结构。

闭式气阀止口位置在下阀盖处，这样整个气阀就被外部的压盖螺栓紧紧压住，即使防松螺母松开，气阀也不会上下振动导致断裂，可以避免因气阀损坏而导致的撞缸事故发生。

（2）当天操作人员对于二级排气温度异常现象未能更早发现，是处理不足之处。为了更好的帮助操作人员及早发现异常，我们决定将重要设备的主要参数报警值重新修改，在平均波动范围基础上再加一定数值为报警值。比如原温度值正常为110℃，将报警值修改为120℃。另外还将排气温度的波动率做到DCS上，如参数在0.5 h或者1 h内，上下波动超过10%就予以报警，帮助操作人员及时发现异常。

（3）气阀结构形式改变后，该往复机平稳运行3年未再发生因气阀损坏导致的撞缸事故，消除了安全隐患。

［1］韩万富，何立东，裴正武，等.丁烷往复压缩机出口管道的阻尼减振研究［J］.压缩机技术，2012，（5）.

［2］Paul C.Hanlon.压缩机手册［M］.北京：中国石化出版社.

［3］王福利，田吉新，戴有恒，等.石油化工厂设备检修手册压缩机组［M］.北京：中国石化出版社.

［4］王威强，常峰，苏成功.螺帽失效分析［K］.山东省特种设备安全工程技术研究中心.

［5］王志文，徐宏，关凯书，张莉.化工设备失效原理与案例分析［M］.上海：华东理工大学出版社.

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

田汝国（1975-），男，山东济南人，本科，工程师，现在中石化济南分公司机动处从事设备管理工作。

2015-04-15