浅谈石蜡加氢精制装置氢压机连杆断裂原因分析及措施

余金艳

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江 大庆 163711）

某石化公司炼油厂石蜡加氢精制装置1993年建成投产，经多次改造，目前装置加工能力为15万吨/年。2020年2月，氢压机C-01B在运转过程中突然因高振动联锁动作停机，操作员紧急启动备机。对氢压机进行解体检修时，发现曲轴箱内连杆断裂。本文对氢压机停机原因及连杆断裂原因进行了分析，提出了改进措施。

1 装置运行情况及工艺流程简介

某石蜡加氢装置占地面积为4500m2，装置设计年加工能力为10万吨，所加工的原料为大庆原油经溶剂脱蜡脱油后的减二、减三线的石蜡，主要产品为54号、56号、58号、60号、62号5个牌号的工业石蜡，于1993年4月建成投产。经多次改造，2015年起，装置年加工能力达到15万吨/年。

装置工艺流程为原料蜡，自罐区来，经低压原料泵打入原料产品换热器与产品换热后，进入脱气塔进行真空脱气，脱气后的原料经高压原料泵加压后与循环氢进行混合，氢蜡混合物料与反应产物换热后再进入加热炉，氢蜡混合物料在炉管中加热后进入加氢反应器，在固定床催化剂存在的条件下，发生脱硫、脱氮、脱氧、烯烃饱和芳烃转化等加氢反应，反应产物与氢蜡混合物料换热后进入高压分离罐，进行高压油气分离，分离出的氢气经两次分蜡及冷却由氢压机压缩后循环使用，高压分离罐分离出来的蜡油经减压后进入低压分离罐，进行低压油气分离，分离后的蜡油进入汽提塔，用过热蒸进行汽提脱气、脱水，汽提后的蜡油进入干燥塔真空干燥，最后由产品泵抽出，经过产品过滤器过滤，原料产品换热器与原料换热，最后，经产品冷却器冷却至80℃左右进入产品罐。

2 氢压机停机原因分析

2.1 设备基本情况概述

本次发生故障的氢压机C-01B位于石蜡加氢装置压缩机厂房内，在工艺流程中的作用是将反应产物与氢蜡混合物料换热后经高压分离器分离出来的氢气进行压缩循环使用，介质为循环氢气，出口压力7.0MPa。

该氢压机为对置单级活塞式往复压缩机，型号为TP200，由美国制造，1993年随装置安装，共C-01A、C-01B两台压缩机切换使用。至本次氢压机C-01B突然停机时，已运行27年。

2.2 设备联锁情况排查

该氢压机共设置有4个振动联锁点，当任意两个点振值达到9mm/s时，压缩机报警，当两个点同时达到18mm/s时，压缩机自动停机。故障发生后，调取当日7:05的DCS振动曲线（图1）发现，氢压机C-01B在7:05分时，4个振值仪表连锁点均瞬间超过18mm/s，达到27～47mm/s，因振值达到联锁值造成压缩机自停。

图1 停机当日氢压机C-01B振动曲线

通过DCS对近期氢压机运行曲线（图2）进行调取，从曲线上看，该压缩机近1个月间运行十分平稳，振值稳定，无明显上升趋势。

图2 此前一个月氢压机C-01B振动曲线

对装置报警记录进行监测，截取故障发生期间的明细，故障发生时存在三点氢压机振动高高联锁动作，其余操作平稳无报警。压缩机入口有分液罐，设置高、高高液位开关联锁，故障发生时未见动作，排除压缩机带液可能。

图3 故障时报警记录

故障发生后，对氢压机C-01B进行解体检修，检修前机体卸压至0MPa，再使用氮气对氢压机出入口管线及机体进行完全置换，并做好能量隔离措施。检修人员打开曲轴箱后，发现该压缩机曲轴连杆部位断裂（图4）。

图4 打开氢压机C-01B曲轴箱盖发现连杆断裂

综上，氢压机C-01B突然停机的原因，是因为连杆断裂造成压缩机振值超标引起联锁自停。因近期振动曲线平稳，通过巡检和监盘无法及时发现连杆存在疲劳损伤。

3 氢压机C-01B连杆断裂原因分析

3.1 氢压机运行情况分析

根据《SHS01020--2004 活塞式压缩机维护检修规程》及某公司动设备管理制度活塞式压缩机强检管理实施办法，活塞式压缩机要求每24个月进行一次大修。该氢压机C-01B上次大修时间为2018年5月，2019年6月进行过一次小修，根据运行时间，车间已做2020年2月对氢压机进行大修的计划，不存在超期检修。

因运行时间超过20年，2017年对两台氢气压缩机进行国产化测绘加工。其中C-01A于2017年7月进行改造，除曲轴及壳体外，两侧连杆至活塞的运动件均更换为国产备件。为确保使用可靠性，决定对C-01A运行考察一个检修周期后，再对C-01B进行更换。故本次断裂连杆为原机原厂件。

自2018年装置检修后开工以来，氢压机C-01B的各运行参数均在工艺指标范围内，未发生超负荷情况。但是自2019年4月开始，因加氢反应器压差开始升高，至本次故障前，系统差压已逐渐升高至1.0MPa，造成氢压机做功阻力加大。压缩机入口有一立式分液罐，设置高、高高液位开关联锁，操作人员每4个小时对分液罐进行一次脱液操作，按时脱液，故障时未见动作，排除氢压机带液可能。

3.2 连杆断口处宏观检查及电镜扫描结果

本次断裂发生在连杆变径部位，委托检测单位对断裂连杆进行检测分析。该连杆于1993年购置，供货标准、连杆材质牌号等具体资料不详，无法对该连杆的组织性能进行检验分析，因此，本次失效分析的主要手段为对断口进行电镜扫描分析。

首先，对断口处进行宏观检查。可观察到断口表面较为平齐，断口处无明显的塑形变形。对1#断口与2#断口分别放大后可发现，1#断口可见明显的裂纹扩展区域，存在裂纹源区、扩展区、瞬断区等疲劳断口的主要特征区域，而2#断口并无裂纹扩展区域，且2#断口周围磨损严重，由此可推断，该连杆的断裂失效由1#断口开始，2#断口为随后的磨损过载断裂。

图5 氢压机C-01B解体后拆卸出断裂的连杆

本次断裂由1#断口发生，故本次检测主要对1#断口进行断口分析。在1#断口裂纹源区可见较大的机械磨损，由于连杆发生断裂后，设备仍存在惯性运转，因此，无法判断该磨损部位是断裂前磨损还是断裂后磨损。断口内大部分区域较为平坦，为裂纹的扩展区，属于裂纹慢速扩展区域，扩展区存在较大条带，这是疲劳断口的宏观形貌特征。断口内部剩余的凸起部分为最后断裂区，属于裂纹快速扩展和瞬间断裂的区域。

图6 1#断口扩展区的疲劳辉纹

对1#断口采用机械加工的方法制成扫描电镜试样，将扫描电镜试样采用过超声波清洗器反复清洗后，装入扫描电镜内进行观察，因试样裂纹源区发生磨损，使得源区的原始断口形貌发生破坏，对裂纹扩展区进行观察，局部放大后观察断口上有疲劳辉纹存在，这是疲劳断口最主要的证据。

根据运行情况分析及检测结果判断，本次石蜡加氢装置氢气压缩机C-01B连杆断裂的原因为疲劳断裂。

4 采取的措施

4.1 严格控制工艺操作

运行27年来，该石蜡加氢精制装置历经多次改造，年设计能力由10万吨逐步提高至15万吨，2018年检修开工后，装置始终保持满负荷条件运行。2018年12月后，反应器出、入口差压较上一周期比有上升趋势，2019年4月反应器差压逐渐上升明显，目前系统差压已逐渐升高至1.0MPa。主要原因是本周期加工部分减三线蜡油，该原料中含有较多的胶质和沥青质，对反应器床层的差压有影响。目前，将减三线蜡油进行正序工艺流程生产，减少石蜡加氢装置原料中的胶质和沥青质。2020年7月，对反应器进行催化剂撇头更换，降低了系统差压。

装置对氢压机入口温度进行严格控制，该温度主要通过循环氢冷却器进行调节，目前，控制循环氢冷却器温度在55～60℃，使循环氢与蜡液能够在冷高压分蜡罐中进行充分分离，减少循环氢中的蜡进入氢压机入口分液罐。加强对氢压机循环氢流量的控制，保证循环氢流量平稳减少波动。

4.2 加强设备维护管理

本次氢压机C-01B高振动自停，氢压机C-01A开机正常后，氢压机C-01B氢压机盘车后空转无异常，无论是从振值还是出入口温度，以及现场观察均正常。故障发生初期，设备管理人员对仪表振动联锁信号的准确性产生了怀疑，但通过解体检修，对曲轴箱进行检查时发现曲轴连杆断裂，说明此次设备管理人员在对氢压机因振动高自停的原因进行分析时第一判断有误，存在对仪表设施不信任的偏执主观心理，经验不足。

通过本次故障，排查得出氢压机室内摄像头停送电、在氢压机室内使用对讲机对振值有干扰，目前正逐点消除外界干扰源，干扰相对减少，但原振动探头为老产品，本身抗干扰能力较差，准备更换抗干扰探头，最终解决干扰问题。

对于往复机强检，有关设备管理有明确规定，但是，由于对于连杆是铸件的原因，现有的检测方式不足以完全检测出本可能存在的缺陷或者裂纹，至于交变载荷形成的内缺陷的检查，还有待于向厂家和检测中心请教和学习，看是否有先进的检测方法。

5 结语

通过加强工艺操作条件调整，严格控制氢压机入口温度，避免循环氢中的蜡进入压缩机入口分液罐内，减少循环氢量波动，根据催化剂使用情况和活性要求定期撇头换剂、控制系统压差，根据生产实际情况及制度按时对氢压机进行强检，加强氢压机运行及维护知识的培训，提高仪表指示的可靠性和抗干扰能力，确保压缩机平稳运行。