新氢往复机液击的故障原因分析与预防措施

2022-06-30逯玉龙

石油工程建设 2022年3期

逯玉龙

中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 325812

1 概况

3MW-36.785/14-140-X型新氢压缩机是预加氢装置的关键设备，共有3个缸，主要用于压缩新氢，使三级出口压力逐渐增压到14 MPa；电机由南阳防爆电机厂生产的3 800 kW同步电机驱动；并设有润滑油站、冷却水站和盘车系统，机组带一台注油器，主要为活塞杆和气缸提供润滑以减少关键部件的磨损，可为机组的长周期运行提供良好的保障。两台机组，其中A机带无级气量调节，B机没有，由于无级气量调节的节能效果好，A机为长周期运行机组，B机为备机。自2018年开工，该装置的A机连续运行了一年，其间也有一些故障检修，如三级排气阀阀杆断裂、密封泄漏、三级缸声音大等，但都没有影响到正常的生产。

2 故障现象

2019年8月28日下午15点左右，新氢往复式压缩机三级缸出现断断续续的类似撞缸的声音，现场监测数据基本正常，振动值在4.5～7.5 mm/s之间，加速度在20～35 m/s²之间，考虑到机组原来也经常出现类似状况，对其运行进行观察，并安排维保人员一个小时监测一次。晚上19点时，机组撞缸声变大且是连续性的，监测数据也陡然加大（振动值为30～50 mm/s，加速度125 m/s²），由于工艺原因机组不能立即停机，现场立即查找原因，争取在不停机的情况下将故障予以解决。鉴于气缸有撞缸的声音且振动和加速度都超出标准范围多倍，考虑到机组原来就有带液的情况，立即对三级入口缓冲器进行排液，发现有液体流出。在排液半个小时后，机组的撞缸声并没有改变，此时缓冲器内仍有液体流出考虑到装置和设备的安全运行，紧急进行了机组切换，随后连夜进行了故障排查。

3 液击的危害及机组零件的损坏程度分析

由于液体不能被压缩且密度是气体的数十倍甚至是数百倍，因此液体流动的动量比气体大得多，产生的冲击力也是气体的数十倍，在较短时间内出现的冲击力可造成受力件变形及损坏，这些受力件包括进/排气阀的阀体/伐片、活塞、气缸、活塞杆、十字头销、曲轴和连杆、瓦等，所以液击被视作往复式压缩机的终极杀手。

为此，针对上述可能出现的问题对机组进行了解体检查。

3.1 进气阀

解体发现进气阀阀体和阀片没有由于液击而出现裂纹或阀片断裂，说明润滑油在进入气缸前都为气相形式，所以没有对阀体、阀片和弹簧造成冲击，但气阀表面上留有大量的润滑油，如图1所示。

图1 气阀表面上留有大量的润滑油

3.2 活塞

活塞为铸造件，其表面只有一些撞击损伤，经表面着色探伤未发现裂纹等其他损伤。

3.3 气缸

三级缸的气缸缸头处断裂（见图2），断裂处为进、排气阀（上下）与缸盖之间最薄弱的地方，缸套与缸之间还存有大量的润滑油。缸套断裂后，由于机组还在运行，液击使缸套由断裂处向两边排挤，使得缸体和缸内侧（靠密封侧）都有不同程度损伤。这说明：当气相的润滑油进入气缸后，经活塞的压缩，气体和润滑油分离，气相的润滑油最终变成了液态，被活塞压缩到缸盖处时，由于活塞与缸盖的死点间隙只有3.5 mm，液体无法压缩，于是液体会沿着活塞端面向四周散开，这时润滑油液体不断地冲击气缸内壁，使之发生疲劳断裂。

图2 缸头断裂

3.4 排气阀

拆开三级排气阀阀盖，阀盖里也有大量的润滑油和断裂的弹簧碎片，三级排气阀的阀杆、阀片都已断裂，这是由典型的液击现象造成的。当润滑油不断被活塞压缩到排气阀时，加之阀片开启闭合的速度是按气体设计的，气体的流速远远大于液体（气体流速为十几米每秒而液体只有几米每秒)，于是当阀片关闭时还有液体外排，强大的液体动量对阀体、阀片和弹簧进行大于气体几十倍甚至数百倍的冲击，阀片和阀体的固定螺丝无法承受如此大的冲击力，最终因疲劳而断裂，见图3。

图3 固定螺丝断裂

3.5 活塞杆

经过对活塞杆进行水平和垂直跳动的检查，证明其无变形。

3.6 十字头销

经过测量，十字头销的直径、瓦的内径以及他们之间的间隙均处于正常范围。

3.7 大头瓦

打开三级的连杆，大头瓦没有磨损且瓦块未剥落，用压铅丝法测得的间隙也在正常范围内。

4 故障原因分析及结论

（1）首先对液位计进行分析[1]：新氢往复式压缩机压缩的介质为氢气，压力为11 MPa，机组有三级自动密排式分液罐。三级缓冲器排出了大量液体，可以判断是液击造成的故障。分液罐的仪表一直没有液位显示，且现场的液位计也没有液位显示，仪表维护人员用磁铁测试了一下现场磁翻板液位计，红色的翻板可以随磁铁上下运动而动作，故判断磁翻板液位计本身没有损坏。

（2）对排出的液体进行分析[2]：机组在运行期间偶尔发生机组带液现象。现场对一级进气的分液罐进行外排，没有发现带液；在对二级入口缓冲器排液时，发现有少量的润滑油；对三级入口缓冲器排出的液体进行观察分析，发现液体是润滑油，其状态为泡沫形式，从颜色和黏度上看，基本可以判断为注油器注入的150#润滑油。

（3）对工艺操作进行分析[3]：已经6个月没有对三级缓冲器进行排油操作。

综上所述基本可以断定，由于注油器注入的润滑油经一级、二级缸汇集到三级缓冲器内，由于润滑油通过与介质气体的混合，从而使润滑油内充满了气体，使之状态为泡沫形式（此时润滑油为气相），而这样的泡沫油不能使现场的液位计翻板翻动。缓冲器的液位计使用的是新式磁翻板液位计，该液位计的工作原理是，主体内侧磁性浮子随着液位的升降而上下运动，同时驱使主体外指示器内的双色薄片翻转，有液位时（液相）转为红色，无液位（气相）时转为白色；于是当液位计是红色面板时是有液位的，由于内置的磁性浮子是通过恒浮法来测量液位的，跟介质的密度有很大的关系，当介质的密度无法使浮子浮起，无法显示液位，所以无法判断液位，远传仪表也无法显示。另外，没有按照操作规程进行排液操作，使大量的润滑油带入三级缸造成液击。

5 预防措施

（1）制定出可执行的岗位操作规程，要求每班接班时要对该机组各级缓冲器的液位进行检查。

（2）对重要设备必须安排特护巡检，现场要有记录本，且每两个小时对机组进行一次检测，采集每级缸的温度、轴向振动及加速度数据并作好记录，数据要真实可靠[4-5]。

（3）检查注油器的注油量，保证其稳定在在每分钟3～5滴。

（4）如果机组运行期间发现设备有异常或巡检时的检测数据超标（振动超过7.5～10 mm/s)，且有类似的撞缸声，同时且排气阀有撞击声，此时应立即联系当班班长和技术人员，按照两人作业制对机组现场的各级缓冲器进行外排，确定有无带液现象，如不能排除故障必须停机检查，待检查完确认无隐患后方可开机，避免再次发生类似事故。