往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐接管開裂原因分析

南 斌 杜立劍 曹曉偉

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （陜西 西安 710021）

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐接管開裂原因分析

南 斌 杜立劍 曹曉偉

中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 技術(shù)監(jiān)測(cè)中心 （陜西 西安 710021）

通過對(duì)天然氣壓縮機(jī)進(jìn)氣緩沖罐接管開裂進(jìn)行定性和定量分析，表明開裂的主要原因?yàn)楣艿罋庵舱?、管?nèi)激應(yīng)力、管道機(jī)械共振、接管角焊縫和熱影響區(qū)硬度過高所至。

壓縮機(jī)緩沖罐 共振 開裂

在2011年的定期檢驗(yàn)中，在對(duì)長(zhǎng)慶油田采氣四廠36-6集氣站1#壓縮機(jī)組一級(jí)進(jìn)氣緩沖罐接管部位進(jìn)行表面無損檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)其環(huán)向分布數(shù)條徑向裂紋，最長(zhǎng)約150mm，深度為3mm。通過定性定量分析得出接管開裂的原因，并結(jié)合實(shí)際，指出了一些使用和以后的定期檢驗(yàn)中應(yīng)注意的問題，對(duì)杜絕此類問題再發(fā)生，保證壓縮機(jī)組安全運(yùn)行有一定的實(shí)際意義。

1 檢驗(yàn)檢測(cè)

1.1 宏觀檢查及壁厚測(cè)定

對(duì)該緩沖罐殼體及接管進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)任何異常，防腐層良好，無明顯外觀缺陷。對(duì)接管進(jìn)行宏觀檢查，也未發(fā)現(xiàn)異常。超聲波壁厚測(cè)定也未發(fā)現(xiàn)異常，無明顯腐蝕減薄，剩余壁厚滿足強(qiáng)度要求。

1.2 表面無損檢測(cè)

對(duì)接管及其角焊縫進(jìn)行打磨，使其露出金屬光澤后進(jìn)行表面無損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沿接管徑向存在若干條裂紋，長(zhǎng)度最長(zhǎng)約為150mm，且沿周向一周都有分布。開裂起始于下角焊縫熱影響區(qū)，止于上部角焊縫熱影響區(qū) 。

1.3 硬度檢測(cè)

對(duì)該接管、接管角焊縫熱影響區(qū)及周圍殼體進(jìn)行硬度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)接管熱影響區(qū)部位硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他部位，超過設(shè)計(jì)要求，測(cè)定部位及測(cè)定值見表1。

表1 硬度測(cè)定部位及硬度值

1.4 化學(xué)成份分析

對(duì)接管取樣進(jìn)行化學(xué)成份分析，結(jié)果見表2，符合JB 4726-2000《壓力容器用碳素鋼及低合金鋼鍛件》的要求。

2 裂紋形成原因分析

2.1 管道氣柱共振、管內(nèi)激應(yīng)力、管道機(jī)械共振的影響

壓縮機(jī)的激發(fā)頻率、氣柱的固有頻率、撬上輔助系統(tǒng)的固有頻率三者相近，管道和氣柱均處于共振狀態(tài)，導(dǎo)致管路發(fā)生強(qiáng)烈震動(dòng)，接管處因疲勞受力過大而產(chǎn)生破壞。

2.1.1 氣柱共振

壓縮機(jī)工作時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的氣柱受到壓縮機(jī)規(guī)律性的激發(fā)，產(chǎn)生受迫震動(dòng)，形成壓力脈動(dòng)。氣柱的壓力脈動(dòng)激發(fā)頻率接近其固有頻率時(shí)形成共振，而產(chǎn)生破壞。

表2 接管化學(xué)成份分析表

2.1.2 管內(nèi)激應(yīng)力

活塞式壓縮機(jī)吸排氣為間歇性且排氣量大，氣流的壓力和速度呈周期性變化，氣流脈動(dòng)大。在壓縮機(jī)的變徑及彎頭部位，產(chǎn)生的激應(yīng)力較大，破壞較強(qiáng)。

2.1.3 機(jī)械共振

壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的管道、附件、容器、支架等在受到激發(fā)后會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。激應(yīng)力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相近時(shí)，發(fā)生機(jī)械共振，從而造成破壞。

2.2接管角焊縫及熱影響區(qū)硬度過高

該緩沖罐為現(xiàn)場(chǎng)施焊安裝，采用局部熱處理工藝。熱處理效果不好，仍有較大的焊接殘余應(yīng)力存在，導(dǎo)致接管角焊縫及熱影響區(qū)硬度過高，使得該區(qū)域強(qiáng)度增強(qiáng)，彈塑性下降，在較高應(yīng)力和外力作用下，易形成裂紋等缺陷。

3 處理結(jié)果及建議

使用單位和制造廠家協(xié)商后，廠家對(duì)該容器進(jìn)行更換，局部熱處理效果良好，硬度測(cè)試未發(fā)現(xiàn)異常。后續(xù)工作有：

（1）對(duì)其余天然氣壓縮機(jī)組同類型容器接管角焊縫進(jìn)行了專項(xiàng)檢查，未發(fā)現(xiàn)類似問題。

（2）使用過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)接管部位的監(jiān)測(cè)，防止開裂等問題的發(fā)生，有必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試與分析。

（3）以后的定期檢驗(yàn)中應(yīng)以角焊縫根部表面無損檢測(cè)為主，必要時(shí)應(yīng)使用其他無損檢測(cè)方法。

[1]熊慧英.活塞式壓縮機(jī)的管道振動(dòng)原因及防振措施[J].通用機(jī)械，2006(9).

[2]王建剛，李志剛.往復(fù)式壓縮機(jī)氣流脈動(dòng)與管路振動(dòng)問題分析與解決[J].化工機(jī)械，2009,36(4).

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[4]王柏輝，吳建.往復(fù)式壓縮機(jī)的維護(hù)與故障分析[J].甘肅科技，24 (22).

[5]張勇.高速大功率往復(fù)壓縮機(jī)緩沖罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2010(4).

Through the qualitative and quantitative analyses of the cracks about the nozzle of inlet buffer tank of reciprocating gas compressor,it is revealed that nozzle cracks are mainly caused by the following factors like the resonance of pipe air column,the intraductal stress,the mechanical resonance of pipeline,the fillet weld of nozzle and too high hardness of heat affected zone.

buffer tank of compressor;resonance;crack

2012-03-18▎

南斌（1983-），助理工程師,主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。