往復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汽油加氫裝置循環氫壓縮機氣缸泄漏的處理，發現壓縮機在設計、制造過程中的缺陷，經過改進，將氣缸座除砂孔開孔位置由氣缸內側更改為氣缸外側，杜絕了介質沿除砂孔絲堵螺紋泄漏的可能，避免了此類問題的再次發生。

關鍵詞：往復式壓縮機;氣缸;泄漏

1 情況簡介

某石化企業50萬t/a汽油加氫裝置于2015年2月建成投產，2019年1月操作員在巡檢過程中發現運行的循環氫壓縮機B機左一級氣缸座冷卻水回水視鏡內出現氣泡，對機組冷卻水水箱內氣體采樣分析，結果顯示可燃氣體超標。由此判斷，左側氣缸座出現泄露，氫氣進入機組冷卻水系統中。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，氣缸設獨立的無相互聯系的夾套，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量較少且為間歇性出現，因此可以判斷氣體泄漏量較小，為滲漏。通過對氣缸結構（如圖1所示）進行分析，造成氣缸座出現滲漏的原因主要有以下三個：①硫化氫應力腐蝕開裂;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。綜合分析介質組分、材質及檢測數據等影響因素對以上三個原因進行分析，結果如下：

圖1? ? 壓縮機氣缸結構圖

2.1 硫化氫應力腐蝕開裂

在濕硫化氫環境中，硫化氫會發生電離，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，在一定條件下導致材料脆化和損傷，在外加拉應力或殘余應力的作用下形成開裂[1]。

但是硫化氫的應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，美國腐蝕工程師協會NACE MR0175（2003）對氣體硫化氫環境的定義是：酸性氣體，溫度在0～65℃，氣體總壓≥0.4MPa，并且H2S分壓≥0.0003MPa，介質中含有液相水或者在水的露點溫度以下[2]。介質經循環氫脫硫塔脫硫后硫化氫濃度僅為3ppm，游離水經過聚結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境。同時氣缸座的材質為JT25-47C，該材質在鑄鐵中加入Cr、Cu等元素提高抗硫化氫腐蝕能力，并且該壓縮機氣缸內注油潤滑，油霧也可以起到保護鋼材的作用。從介質環境、材質等綜合分析氣缸內不具備發生硫化氫應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

氣缸座是經鑄造后由機床機加工而成，其內部水道呈空間環形結構，結構較為復雜，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JB/T6431-2013《容積式壓縮機用灰鑄鐵件技術條件》4.13.1之規定進行水壓試驗，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。經查閱制造廠提供的出廠檢測報告，試驗結果符合規范要求，未出現滲漏，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

氣缸座內部有供冷卻水流動的環形水道，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，將除砂孔設置在缸座內表面，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缺陷，滲透性較強的氫氣會沿除砂孔螺紋處滲漏，導致循環氫介質竄入冷卻水中。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。為驗證分析的準確性，對循環氫壓縮機左一級氣缸進行解體，檢查氣缸座內表面，未發現裂紋或腐蝕現象，對氣缸座進行打壓，當壓力升到2.8MPa時，左下部除砂孔絲堵處出現明顯滲漏，如圖2所示。

3.2 泄漏部位的處理

圖3? ?更改后的氣缸座結構圖

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;另一種是更換出現泄漏的氣缸座。第一種方案是將泄漏的絲堵鉆孔取出，對螺紋進行修復并安裝新的絲堵后對內表面進行機加工，使其符合氣缸內表面光滑度的要求，因此該方案對機加工水平要求較高，受條件限制，廠內無法完成修復工作，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備，采用一開一備設計，如果備用機不可用，運行機一旦出現故障會出現裝置停工的風險。經過綜合考慮，目前介質泄漏量較小，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側更改為外側（如圖3），這樣就能防止介質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，未再出現泄漏情況。

4 總結

循環氫壓縮機出現泄漏后從介質、選材、結構等方面進行分析，確定造成氣缸座泄漏的原因，通過對循環氫壓縮機氣缸座泄漏問題的處理，發現該型往復式機在設計、制造過程中存在的缺陷，將氣缸座除砂孔開孔位置由內側改為外側，優化了設計，從結構上杜絕介質沿螺紋滲漏的可能，消除事故隱患。

參考文獻：

[1]宋云，康振生，黃成寶，李艷玲.含硫化氫介質的往復壓縮機設計選材[J].壓縮機技術，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，本科學歷，東方石化運行二部設備工程師。

張大勇（1980- ），男，本科學歷，東方石化運行二部設備工程師。