新氫往復(fù)機(jī)液擊的故障原因分析與預(yù)防措施

逯玉龍

中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江寧波 325812

1 概況

3MW-36.785/14-140-X型新氫壓縮機(jī)是預(yù)加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備，共有3個缸，主要用于壓縮新氫，使三級出口壓力逐漸增壓到14 MPa；電機(jī)由南陽防爆電機(jī)廠生產(chǎn)的3 800 kW同步電機(jī)驅(qū)動；并設(shè)有潤滑油站、冷卻水站和盤車系統(tǒng)，機(jī)組帶一臺注油器，主要為活塞桿和氣缸提供潤滑以減少關(guān)鍵部件的磨損，可為機(jī)組的長周期運行提供良好的保障。兩臺機(jī)組，其中A機(jī)帶無級氣量調(diào)節(jié)，B機(jī)沒有，由于無級氣量調(diào)節(jié)的節(jié)能效果好，A機(jī)為長周期運行機(jī)組，B機(jī)為備機(jī)。自2018年開工，該裝置的A機(jī)連續(xù)運行了一年，其間也有一些故障檢修，如三級排氣閥閥桿斷裂、密封泄漏、三級缸聲音大等，但都沒有影響到正常的生產(chǎn)。

2 故障現(xiàn)象

2019年8月28日下午15點左右，新氫往復(fù)式壓縮機(jī)三級缸出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的類似撞缸的聲音，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)基本正常，振動值在4.5～7.5 mm/s之間，加速度在20～35 m/s2之間，考慮到機(jī)組原來也經(jīng)常出現(xiàn)類似狀況，對其運行進(jìn)行觀察，并安排維保人員一個小時監(jiān)測一次。晚上19點時，機(jī)組撞缸聲變大且是連續(xù)性的，監(jiān)測數(shù)據(jù)也陡然加大（振動值為30～50 mm/s，加速度125 m/s2），由于工藝原因機(jī)組不能立即停機(jī)，現(xiàn)場立即查找原因，爭取在不停機(jī)的情況下將故障予以解決。鑒于氣缸有撞缸的聲音且振動和加速度都超出標(biāo)準(zhǔn)范圍多倍，考慮到機(jī)組原來就有帶液的情況，立即對三級入口緩沖器進(jìn)行排液，發(fā)現(xiàn)有液體流出。在排液半個小時后，機(jī)組的撞缸聲并沒有改變，此時緩沖器內(nèi)仍有液體流出考慮到裝置和設(shè)備的安全運行，緊急進(jìn)行了機(jī)組切換，隨后連夜進(jìn)行了故障排查。

3 液擊的危害及機(jī)組零件的損壞程度分析

由于液體不能被壓縮且密度是氣體的數(shù)十倍甚至是數(shù)百倍，因此液體流動的動量比氣體大得多，產(chǎn)生的沖擊力也是氣體的數(shù)十倍，在較短時間內(nèi)出現(xiàn)的沖擊力可造成受力件變形及損壞，這些受力件包括進(jìn)/排氣閥的閥體/伐片、活塞、氣缸、活塞桿、十字頭銷、曲軸和連桿、瓦等，所以液擊被視作往復(fù)式壓縮機(jī)的終極殺手。

為此，針對上述可能出現(xiàn)的問題對機(jī)組進(jìn)行了解體檢查。

3.1 進(jìn)氣閥

解體發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣閥閥體和閥片沒有由于液擊而出現(xiàn)裂紋或閥片斷裂，說明潤滑油在進(jìn)入氣缸前都為氣相形式，所以沒有對閥體、閥片和彈簧造成沖擊，但氣閥表面上留有大量的潤滑油，如圖1所示。

圖1 氣閥表面上留有大量的潤滑油

3.2 活塞

活塞為鑄造件，其表面只有一些撞擊損傷，經(jīng)表面著色探傷未發(fā)現(xiàn)裂紋等其他損傷。

3.3 氣缸

三級缸的氣缸缸頭處斷裂（見圖2），斷裂處為進(jìn)、排氣閥（上下）與缸蓋之間最薄弱的地方，缸套與缸之間還存有大量的潤滑油。缸套斷裂后，由于機(jī)組還在運行，液擊使缸套由斷裂處向兩邊排擠，使得缸體和缸內(nèi)側(cè)（靠密封側(cè)）都有不同程度損傷。這說明：當(dāng)氣相的潤滑油進(jìn)入氣缸后，經(jīng)活塞的壓縮，氣體和潤滑油分離，氣相的潤滑油最終變成了液態(tài)，被活塞壓縮到缸蓋處時，由于活塞與缸蓋的死點間隙只有3.5 mm，液體無法壓縮，于是液體會沿著活塞端面向四周散開，這時潤滑油液體不斷地沖擊氣缸內(nèi)壁，使之發(fā)生疲勞斷裂。

圖2 缸頭斷裂

3.4 排氣閥

拆開三級排氣閥閥蓋，閥蓋里也有大量的潤滑油和斷裂的彈簧碎片，三級排氣閥的閥桿、閥片都已斷裂，這是由典型的液擊現(xiàn)象造成的。當(dāng)潤滑油不斷被活塞壓縮到排氣閥時，加之閥片開啟閉合的速度是按氣體設(shè)計的，氣體的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液體（氣體流速為十幾米每秒而液體只有幾米每秒)，于是當(dāng)閥片關(guān)閉時還有液體外排，強(qiáng)大的液體動量對閥體、閥片和彈簧進(jìn)行大于氣體幾十倍甚至數(shù)百倍的沖擊，閥片和閥體的固定螺絲無法承受如此大的沖擊力，最終因疲勞而斷裂，見圖3。

圖3 固定螺絲斷裂

3.5 活塞桿

經(jīng)過對活塞桿進(jìn)行水平和垂直跳動的檢查，證明其無變形。

3.6 十字頭銷

經(jīng)過測量，十字頭銷的直徑、瓦的內(nèi)徑以及他們之間的間隙均處于正常范圍。

3.7 大頭瓦

打開三級的連桿，大頭瓦沒有磨損且瓦塊未剝落，用壓鉛絲法測得的間隙也在正常范圍內(nèi)。

4 故障原因分析及結(jié)論

（1）首先對液位計進(jìn)行分析[1]：新氫往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮的介質(zhì)為氫氣，壓力為11 MPa，機(jī)組有三級自動密排式分液罐。三級緩沖器排出了大量液體，可以判斷是液擊造成的故障。分液罐的儀表一直沒有液位顯示，且現(xiàn)場的液位計也沒有液位顯示，儀表維護(hù)人員用磁鐵測試了一下現(xiàn)場磁翻板液位計，紅色的翻板可以隨磁鐵上下運動而動作，故判斷磁翻板液位計本身沒有損壞。

（2）對排出的液體進(jìn)行分析[2]：機(jī)組在運行期間偶爾發(fā)生機(jī)組帶液現(xiàn)象。現(xiàn)場對一級進(jìn)氣的分液罐進(jìn)行外排，沒有發(fā)現(xiàn)帶液；在對二級入口緩沖器排液時，發(fā)現(xiàn)有少量的潤滑油；對三級入口緩沖器排出的液體進(jìn)行觀察分析，發(fā)現(xiàn)液體是潤滑油，其狀態(tài)為泡沫形式，從顏色和黏度上看，基本可以判斷為注油器注入的150#潤滑油。

（3）對工藝操作進(jìn)行分析[3]：已經(jīng)6個月沒有對三級緩沖器進(jìn)行排油操作。

綜上所述基本可以斷定，由于注油器注入的潤滑油經(jīng)一級、二級缸匯集到三級緩沖器內(nèi)，由于潤滑油通過與介質(zhì)氣體的混合，從而使?jié)櫥蛢?nèi)充滿了氣體，使之狀態(tài)為泡沫形式（此時潤滑油為氣相），而這樣的泡沫油不能使現(xiàn)場的液位計翻板翻動。緩沖器的液位計使用的是新式磁翻板液位計，該液位計的工作原理是，主體內(nèi)側(cè)磁性浮子隨著液位的升降而上下運動，同時驅(qū)使主體外指示器內(nèi)的雙色薄片翻轉(zhuǎn)，有液位時（液相）轉(zhuǎn)為紅色，無液位（氣相）時轉(zhuǎn)為白色；于是當(dāng)液位計是紅色面板時是有液位的，由于內(nèi)置的磁性浮子是通過恒浮法來測量液位的，跟介質(zhì)的密度有很大的關(guān)系，當(dāng)介質(zhì)的密度無法使浮子浮起，無法顯示液位，所以無法判斷液位，遠(yuǎn)傳儀表也無法顯示。另外，沒有按照操作規(guī)程進(jìn)行排液操作，使大量的潤滑油帶入三級缸造成液擊。

5 預(yù)防措施

（1）制定出可執(zhí)行的崗位操作規(guī)程，要求每班接班時要對該機(jī)組各級緩沖器的液位進(jìn)行檢查。

（2）對重要設(shè)備必須安排特護(hù)巡檢，現(xiàn)場要有記錄本，且每兩個小時對機(jī)組進(jìn)行一次檢測，采集每級缸的溫度、軸向振動及加速度數(shù)據(jù)并作好記錄，數(shù)據(jù)要真實可靠[4-5]。

（3）檢查注油器的注油量，保證其穩(wěn)定在在每分鐘3～5滴。

（4）如果機(jī)組運行期間發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異?；蜓矙z時的檢測數(shù)據(jù)超標(biāo)（振動超過7.5～10 mm/s)，且有類似的撞缸聲，同時且排氣閥有撞擊聲，此時應(yīng)立即聯(lián)系當(dāng)班班長和技術(shù)人員，按照兩人作業(yè)制對機(jī)組現(xiàn)場的各級緩沖器進(jìn)行外排，確定有無帶液現(xiàn)象，如不能排除故障必須停機(jī)檢查，待檢查完確認(rèn)無隱患后方可開機(jī)，避免再次發(fā)生類似事故。

6 結(jié)束語

液擊是往復(fù)式壓縮機(jī)比較常見的故障之一，也是比較容易避免的故障。應(yīng)針對液擊現(xiàn)象制定合理、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟僮饕?guī)程和應(yīng)急預(yù)案，及時發(fā)現(xiàn)問題并判斷故障原因，采取合理有效的辦法減少故障對設(shè)備帶來的損傷，進(jìn)而保障生產(chǎn)和設(shè)備的長周期運行。