压缩机撞缸原因分析

作者:周小平,作者任职于九江检安石化工程有限公司。 文章来源:《流程工业》 点击数:60 发布时间:2016-04-20
C901解析气压缩机撞缸原因分析——通过解体发现解析气压缩机C901一级南侧气缸发生严重撞缸,气缸填料端盖裂成两半,接筒满水,1个吸气阀散架、压阀罩断裂;活塞解体,缸头侧活塞有一根筋板断裂,但活塞杆、十字头及销子、曲轴、连杆、大小头瓦一切正常;一级北侧气缸一切正常。
压缩机撞缸原因分析

C901解析气压缩机撞缸原因分析——通过解体发现解析气压缩机C901一级南侧气缸发生严重撞缸,气缸填料端盖裂成两半,接筒满水,1个吸气阀散架、压阀罩断裂;活塞解体,缸头侧活塞有一根筋板断裂,但活塞杆、十字头及销子、曲轴、连杆、大小头瓦一切正常;一级北侧气缸一切正常。从损坏现象分析原因和停车时DCS记录的数据分析,判断这是一起因压阀罩突然断裂造成气缸大量进水从而导致缸内带液造成的撞缸事件。通过换新活塞体、换新压阀罩、一级进出口气阀换新,及对缸体恢复处理;采取入口管线加蒸汽伴热线;对V908出来进入压缩机前的U型管(DN500)底部增设玻璃板液位计,定期脱液;振动探头移位等方法。经过处理后的压缩机运行至今,一切正常。

解析气压缩机C901作用是将PSA真空泵出口0.04 MPa解析气经过两级压缩后输送至高压瓦斯管网,如图1(a)所示,该机组为两级四缸对称平衡布置,每级两缸,如图1(b)所示。机组主要技术性能:排量为15 000 Nm3/h,额定功率为1 400 kW,进口压力为0.02 MPa,出口压力为0.5 MPa,进口温度为40℃,出口温度为105℃,转速为375 r/min,活塞行程为320 mm。

在实际运行过程中,C901因一级南侧气缸发生严重撞缸,现场人为手动紧急停机,切断机组出入口阀门,机组泄压后氮气置换;切断气缸及填料循环冷却水,3 min后缸内无水排出;曲轴箱及主油箱脱水,直至脱干。停车时一级南侧气缸缸盖被推出20~30 mm,气缸、接筒内有大量水向外流,机组振动剧烈,严重影响机组的正常运行。因此,需要对C901解析气压缩机撞缸原因进行分析,以解决类似的工程问题。

图1-a

图1-b

图1 C901工作流程

故障原因分析

气缸解体分析

1. 气缸填料端盖裂成两半,填料部件6个压紧螺栓1个丝扣拉毛脱扣,其余5个螺母松脱;填料冷却水(循环水)进回水金属软管、填料隔离氮气及漏气回收金属软管全部破裂;活塞杆下沉位移探头损坏。

2. 6个排气阀正常,6个吸气阀5个完好无松动,1个吸气阀(缸头侧南面气阀)散架,顶阀器顶杆弯曲变形;压阀罩断裂,部分掉入缸内;压叉部件变形;阀体散架,阀片掉入缸内排气口处,阀座一半在缸内,一半在入口流道(如图2所示)。

     

(a)变形的顶阀器顶杆                            (b)断裂的压阀罩

    

(c)变形的压叉部件                                 (d)散架倾斜的阀座

    

(e)掉入缸内排气口处的阀片                    (f)散架的气阀

图2 排气阀检修

3. 缸头侧活塞表面有较多小件异物(阀片、压阀罩碎片)撞痕;右上角和散架吸气阀座有碰撞产生的缺损,活塞锁紧螺母有轻微松动;活塞解体,缸头侧活塞有一根筋板断裂,其余部分筋板有裂纹,如图3所示。

    

(a)缸头侧活塞表面小件异物撞痕        (b)活塞右上角和散架吸气阀座碰撞缺损

   

(c)缸头侧活塞筋板断裂                        (d) 缸头侧活塞筋板裂纹

图3 缸头侧活塞检测

损坏现象分析原因

根据上述第一手资料可以肯定,这是一起因气缸大量进水而导致缸内带液造成的撞缸事件,能造成气缸进水的原因有以下几种可能:

1.工艺气体大量带液(水);

2.缸体及填料部件冷却水套铸造缺陷,有裂纹。但拆检时分别对水套用循环水试压,无泄漏,该选项可以排除;

3.填料部件冷却循环水进回水金属软管因振动或本身缺陷破裂,进回水两根软管(均为DN15口径)同时以0.3 MPa压力向接筒喷射,接筒底部排水(DN20口径)处于常压排水,流速太慢,水不能及时排除,导致接筒满水。由于该缸吸气压力只有0.04 MPa,一旦填料部件因振动松动后,灌满接筒的循环水很容易窜入气缸。

停车时DCS记录的数据分析

停机后,随机对DCS相关数据进行调阅,选取一级入口压力、一级排气压力、一级入口分液灌V908液位、一级损坏气缸排气温度和机身振动五个曲线进行分析(如图6所示),从图中可以得出如下结论:

1.通过图4(a)看出,一级入口分液灌V908液位从16日到18日停机,液位一直处于正常控制范围,仅有一次冲高现象,最高液位为92%,随后迅速回落。并且一级入口分液灌V908气体是从罐顶排出进入压缩机,罐顶比最高液位开关高出 5.1 m,因此可以断定,工艺气不存在大量带液情况。

2.分液罐满,真空泵内水满过V905,通过DN450的管道进入V908,虽然V908紧急脱液,液位最高控制在92%,但从该时间段一级缸排气温度看,从正常80℃急剧降至64℃,随后随着V908液位迅速回落,一级缸排气温度也快速恢复到了正常。根据上述现象,可以初步认为,一旦工艺气中带有大量水进入一级入口分液灌V908,虽然通过人为V908紧急脱液,保证V908液位不会满罐,但此时该分液罐气水分离效果会大打折扣,仍有部分水随气体夹带进入机组,使机组产生短时少量带液现象;但通过图4(b)看出,此时间段机身振动正常。

3.在3点12分时,压缩机一级排气压力为0.17 MPa,短短1分钟降至0.13 MPa,说明一级缸此时有气阀迅速失效,造成一级气体排量降低,而二级气体排量保持未变,最终使一级排气压力迅速降低;此时,压缩机排气温度仍然处于正常状态(80℃),说明此时压缩机没有带液现象发生。接下来通过图4(c)可以看出,随后2分钟,也就是3点14分时,机身振动急剧上升,由1.5 mm/s增至3.7 mm/s,在3点14分后,又猛增至10.7 mm/s,说明该气阀损坏确实对机组振动产生了急剧影响。

4.在18日3点54分时,一级缸排气温度由正常80℃开始下降,到6点37分时,最低为8.5℃,结合停机时循环水窜入气缸的事实,可以断定在3点54分时,循环水开始进入气缸,至6点37分气缸完全灌满循环水。

    

        (a)  DCS数据曲线                 (b)16~18日机身振动趋势

(c) 18日机身振动趋势

图4  DCS相关数据记录图

通过上述分析可以得出:①气阀损坏(3点11分)在先,缸内进循环水(3点54分)在后,中间有43 min的时间差;②气阀损坏(3点11分)时,气缸内没有带液;③气阀损坏(3点11分)后与活塞撞击对机身振动确实产生了剧烈影响;④气缸带液开始时间为3点54分,严重带液开始时间为6点37分~6点52分;⑤气缸所带液体是循环水。

结论

吸气阀组件、压阀罩在制造或安装过程中或多或少存在一定薄弱环节,V908进来气体多次带水,V908虽未满灌,但气水分离效果变差,造成机组短时少量带液,吸气阀组件、压阀罩随机组短时少量带液次数增多,使吸气阀组件、压阀罩缺陷加剧,部分紧固件缓慢产生松动。阀体和活塞碰撞产生振动,同时,因只有一个气阀故障,其余气阀均正常工作,那么4个缸活塞气体力不平衡会导致机组振动加剧,振动导致填料部件螺栓松动,填料冷却水软管发生破裂,接筒排水慢于进水,接筒被循环水灌满,循环水由接筒进入气缸,导致撞缸故障发生。

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