往復(fù)式壓縮機氣缸泄漏原因分析與處理

祁有彬 張大勇

摘 要：本文通過對某石化企業(yè)汽油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機氣缸泄漏的處理，發(fā)現(xiàn)壓縮機在設(shè)計、制造過程中的缺陷，經(jīng)過改進，將氣缸座除砂孔開孔位置由氣缸內(nèi)側(cè)更改為氣缸外側(cè)，杜絕了介質(zhì)沿除砂孔絲堵螺紋泄漏的可能，避免了此類問題的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機;氣缸;泄漏

1 情況簡介

某石化企業(yè)50萬t/a汽油加氫裝置于2015年2月建成投產(chǎn)，2019年1月操作員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)運行的循環(huán)氫壓縮機B機左一級氣缸座冷卻水回水視鏡內(nèi)出現(xiàn)氣泡，對機組冷卻水水箱內(nèi)氣體采樣分析，結(jié)果顯示可燃氣體超標(biāo)。由此判斷，左側(cè)氣缸座出現(xiàn)泄露，氫氣進入機組冷卻水系統(tǒng)中。該壓縮機型號為2D45-64/16-29，采用對稱平衡型布置，兩列一級壓縮，共兩個氣缸，氣缸為水平雙作用，上進、下出，進氣壓力1.6MPa，排氣壓力2.9MPa，軸功率1349kW，氣缸設(shè)獨立的無相互聯(lián)系的夾套，采用除鹽水冷卻。

2 泄漏原因分析

冷卻水回水視鏡中氣泡數(shù)量較少且為間歇性出現(xiàn)，因此可以判斷氣體泄漏量較小，為滲漏。通過對氣缸結(jié)構(gòu)（如圖1所示）進行分析，造成氣缸座出現(xiàn)滲漏的原因主要有以下三個：①硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂;②氣缸座存在鑄造缺陷;③氣體沿氣缸座除砂孔螺紋處滲漏。綜合分析介質(zhì)組分、材質(zhì)及檢測數(shù)據(jù)等影響因素對以上三個原因進行分析，結(jié)果如下：

圖1? ? 壓縮機氣缸結(jié)構(gòu)圖

2.1 硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂

在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫會發(fā)生電離，鋼表面吸附氫原子，氫原子在鋼中擴散。一方面氫原子之間具有較大的親和力，易相互結(jié)合形成氫分子排出;另一方面氫原子極小，易獲得足夠能力后變成擴散氫滲入鋼的內(nèi)部并溶于晶格中，溶于晶格中的氫有很強的游離性，在一定條件下導(dǎo)致材料脆化和損傷，在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力的作用下形成開裂[1]。

但是硫化氫的應(yīng)力腐蝕開裂是有條件的，干燥的硫化氫對金屬材料無腐蝕破壞作用，硫化氫溶于水才具有腐蝕破壞作用，美國腐蝕工程師協(xié)會NACE MR0175（2003）對氣體硫化氫環(huán)境的定義是：酸性氣體，溫度在0～65℃，氣體總壓≥0.4MPa，并且H2S分壓≥0.0003MPa，介質(zhì)中含有液相水或者在水的露點溫度以下[2]。介質(zhì)經(jīng)循環(huán)氫脫硫塔脫硫后硫化氫濃度僅為3ppm，游離水經(jīng)過聚結(jié)器及壓縮機入口分液罐后被完全脫除，因此無法形成濕硫化氫環(huán)境。同時氣缸座的材質(zhì)為JT25-47C，該材質(zhì)在鑄鐵中加入Cr、Cu等元素提高抗硫化氫腐蝕能力，并且該壓縮機氣缸內(nèi)注油潤滑，油霧也可以起到保護鋼材的作用。從介質(zhì)環(huán)境、材質(zhì)等綜合分析氣缸內(nèi)不具備發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件，因此其不是造成氣缸座滲漏的原因。

2.2 氣缸座存在鑄造缺陷

氣缸座是經(jīng)鑄造后由機床機加工而成，其內(nèi)部水道呈空間環(huán)形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在鑄造過程中容易形成氣孔、夾砂等缺陷。氣缸座鑄造后需按照J(rèn)B/T6431-2013《容積式壓縮機用灰鑄鐵件技術(shù)條件》4.13.1之規(guī)定進行水壓試驗，水壓試驗壓力為1.5倍的最高工作壓力，保壓30min，無滲漏，并且在氣缸組裝完成后進行氦氣氣密性試驗，試驗壓力為3.19MPa，保壓30min，無滲漏。經(jīng)查閱制造廠提供的出廠檢測報告，試驗結(jié)果符合規(guī)范要求，未出現(xiàn)滲漏，同時氣缸座也無鑄造缺陷及修補記錄，因此可以排除氣缸座鑄造缺陷的原因。

2.3 氣缸座除砂孔螺紋處滲漏

氣缸座內(nèi)部有供冷卻水流動的環(huán)形水道，在鑄造過程中留有除砂孔，鑄件冷卻后通過此孔將砂芯排出，為便于除砂，將除砂孔設(shè)置在缸座內(nèi)表面，每個缸座留有4個除砂孔，在機加工過程中，將除砂孔擴孔并攻絲，表面涂密封膠，安裝方頭螺堵，最后對缸座表面進行精加工。如果螺紋的加工過程中出現(xiàn)缺陷，滲透性較強的氫氣會沿除砂孔螺紋處滲漏，導(dǎo)致循環(huán)氫介質(zhì)竄入冷卻水中。因此推斷，該原因是造成氣缸座泄漏的主要原因。

3 泄漏原因驗證與處理

3.1 泄漏原因驗證

圖2? ?氣缸座除砂孔泄漏

通過上述分析，本文認(rèn)為氣缸座泄漏的原因是氣體沿除砂孔螺紋處滲漏。為驗證分析的準(zhǔn)確性，對循環(huán)氫壓縮機左一級氣缸進行解體，檢查氣缸座內(nèi)表面，未發(fā)現(xiàn)裂紋或腐蝕現(xiàn)象，對氣缸座進行打壓，當(dāng)壓力升到2.8MPa時，左下部除砂孔絲堵處出現(xiàn)明顯滲漏，如圖2所示。

3.2 泄漏部位的處理

圖3? ?更改后的氣缸座結(jié)構(gòu)圖

對泄漏部位的處理有兩種方案，一種是對泄漏的螺紋進行修復(fù);另一種是更換出現(xiàn)泄漏的氣缸座。第一種方案是將泄漏的絲堵鉆孔取出，對螺紋進行修復(fù)并安裝新的絲堵后對內(nèi)表面進行機加工，使其符合氣缸內(nèi)表面光滑度的要求，因此該方案對機加工水平要求較高，受條件限制，廠內(nèi)無法完成修復(fù)工作，需將零件寄回廠家處理，但是維修周期較長。壓縮機作為加氫裝置的核心設(shè)備，采用一開一備設(shè)計，如果備用機不可用，運行機一旦出現(xiàn)故障會出現(xiàn)裝置停工的風(fēng)險。經(jīng)過綜合考慮，目前介質(zhì)泄漏量較小，可以作為備用機組使用，制造廠加工一件新氣缸座寄到現(xiàn)場更換，同時建議廠家在新氣缸座鑄造過程中將除砂孔的位置由氣缸座內(nèi)側(cè)更改為外側(cè)（如圖3），這樣就能防止介質(zhì)沿除砂孔螺紋泄漏到冷卻水中。新氣缸座到貨后進行了更換，運行至今使用效果良好，未再出現(xiàn)泄漏情況。

4 總結(jié)

循環(huán)氫壓縮機出現(xiàn)泄漏后從介質(zhì)、選材、結(jié)構(gòu)等方面進行分析，確定造成氣缸座泄漏的原因，通過對循環(huán)氫壓縮機氣缸座泄漏問題的處理，發(fā)現(xiàn)該型往復(fù)式機在設(shè)計、制造過程中存在的缺陷，將氣缸座除砂孔開孔位置由內(nèi)側(cè)改為外側(cè)，優(yōu)化了設(shè)計，從結(jié)構(gòu)上杜絕介質(zhì)沿螺紋滲漏的可能，消除事故隱患。

參考文獻：

[1]宋云，康振生，黃成寶，李艷玲.含硫化氫介質(zhì)的往復(fù)壓縮機設(shè)計選材[J].壓縮機技術(shù)，2012，05（11）：19-21.

[2]韓萬強.壓縮機氣缸體鑄件氣孔類缺陷成因分析及解決方案[J].機械工人，2014，11（13）：57-59.

作者簡介：

祁有彬（1988- ），男，本科學(xué)歷，東方石化運行二部設(shè)備工程師。

張大勇（1980- ），男，本科學(xué)歷，東方石化運行二部設(shè)備工程師。