新氫往復機液擊的故障原因分析與預防措施

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型新氫壓縮機是預加氫裝置的關鍵設備，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；電機由南陽防爆電機廠生產的3 800 kW同步電機驅動；并設有潤滑油站、冷卻水站和盤車系統，機組帶一臺注油器，主要為活塞桿和氣缸提供潤滑以減少關鍵部件的磨損，可為機組的長周期運行提供良好的保障。兩臺機組，其中A機帶無級氣量調節，B機沒有，由于無級氣量調節的節能效果好，A機為長周期運行機組，B機為備機。自2018年開工，該裝置的A機連續運行了一年，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。

2 故障現象

2019年8月28日下午15點左右，新氫往復式壓縮機三級缸出現斷斷續續的類似撞缸的聲音，現場監測數據基本正常，振動值在4.5～7.5 mm/s之間，加速度在20～35 m/s2之間，考慮到機組原來也經常出現類似狀況，對其運行進行觀察，并安排維保人員一個小時監測一次。晚上19點時，機組撞缸聲變大且是連續性的，監測數據也陡然加大（振動值為30～50 mm/s，加速度125 m/s2），由于工藝原因機組不能立即停機，現場立即查找原因，爭取在不停機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準范圍多倍，考慮到機組原來就有帶液的情況，立即對三級入口緩沖器進行排液，發現有液體流出。在排液半個小時后，機組的撞缸聲并沒有改變，此時緩沖器內仍有液體流出考慮到裝置和設備的安全運行，緊急進行了機組切換，隨后連夜進行了故障排查。

3 液擊的危害及機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十倍甚至是數百倍，因此液體流動的動量比氣體大得多，產生的沖擊力也是氣體的數十倍，在較短時間內出現的沖擊力可造成受力件變形及損壞，這些受力件包括進/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式壓縮機的終極殺手。

為此，針對上述可能出現的問題對機組進行了解體檢查。

3.1 進氣閥

解體發現進氣閥閥體和閥片沒有由于液擊而出現裂紋或閥片斷裂，說明潤滑油在進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，經表面著色探傷未發現裂紋等其他損傷。

3.3 氣缸

三級缸的氣缸缸頭處斷裂（見圖2），斷裂處為進、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，使得缸體和缸內側（靠密封側）都有不同程度損傷。這說明：當氣相的潤滑油進入氣缸后，經活塞的壓縮，氣體和潤滑油分離，氣相的潤滑油最終變成了液態，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壁，使之發生疲勞斷裂。

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象造成的。當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計的，氣體的流速遠遠大于液體（氣體流速為十幾米每秒而液體只有幾米每秒)，于是當閥片關閉時還有液體外排，強大的液體動量對閥體、閥片和彈簧進行大于氣體幾十倍甚至數百倍的沖擊，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

經過對活塞桿進行水平和垂直跳動的檢查，證明其無變形。

3.6 十字頭銷

經過測量，十字頭銷的直徑、瓦的內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。

4 故障原因分析及結論

（1）首先對液位計進行分析[1]：新氫往復式壓縮機壓縮的介質為氫氣，壓力為11 MPa，機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，且現場的液位計也沒有液位顯示，儀表維護人員用磁鐵測試了一下現場磁翻板液位計，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）對排出的液體進行分析[2]：機組在運行期間偶爾發生機組帶液現象。現場對一級進氣的分液罐進行外排，沒有發現帶液；在對二級入口緩沖器排液時，發現有少量的潤滑油；對三級入口緩沖器排出的液體進行觀察分析，發現液體是潤滑油，其狀態為泡沫形式，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）對工藝操作進行分析[3]：已經6個月沒有對三級緩沖器進行排油操作。

綜上所述基本可以斷定，由于注油器注入的潤滑油經一級、二級缸匯集到三級緩沖器內，由于潤滑油通過與介質氣體的混合，從而使潤滑油內充滿了氣體，使之狀態為泡沫形式（此時潤滑油為氣相），而這樣的泡沫油不能使現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，主體內側磁性浮子隨著液位的升降而上下運動，同時驅使主體外指示器內的雙色薄片翻轉，有液位時（液相）轉為紅色，無液位（氣相）時轉為白色；于是當液位計是紅色面板時是有液位的，由于內置的磁性浮子是通過恒浮法來測量液位的，跟介質的密度有很大的關系，當介質的密度無法使浮子浮起，無法顯示液位，所以無法判斷液位，遠傳儀表也無法顯示。另外，沒有按照操作規程進行排液操作，使大量的潤滑油帶入三級缸造成液擊。

5 預防措施

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

（2）對重要設備必須安排特護巡檢，現場要有記錄本，且每兩個小時對機組進行一次檢測，采集每級缸的溫度、軸向振動及加速度數據并作好記錄，數據要真實可靠[4-5]。

（3）檢查注油器的注油量，保證其穩定在在每分鐘3～5滴。

（4）如果機組運行期間發現設備有異常或巡檢時的檢測數據超標（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，此時應立即聯系當班班長和技術人員，按照兩人作業制對機組現場的各級緩沖器進行外排，確定有無帶液現象，如不能排除故障必須停機檢查，待檢查完確認無隱患后方可開機，避免再次發生類似事故。

6 結束語

液擊是往復式壓縮機比較常見的故障之一，也是比較容易避免的故障。應針對液擊現象制定合理、嚴謹的操作規程和應急預案，及時發現問題并判斷故障原因，采取合理有效的辦法減少故障對設備帶來的損傷，進而保障生產和設備的長周期運行。