往复式压缩机缓冲罐开裂原因分析及处理

　　作者：张洪伟

　　摘 要：简述往复式压缩机缓冲罐出现的开裂问题，针对事故原因进行了分析和处理，消除了设备自身存在的重大隐患，确保了装置的安全运行。

　　关键词：尾气压缩机 缓冲罐 加强筋板 振动

　　1往复式压缩机简介

　　河南能源化工集团中原大化有限责任公司变压吸附装置是由四川天一科技股份有限公司设计制造的提纯CO/H2装置。其原料气处理能力90000Nm?/h，设计CO产量22000Nm?/h，H2产量42000 Nm?/h，送入下游乙二醇进行化工生产。经过吸附分离后的多余气体如CO2、氮气、部分H2和CO由尾气系统进行回收处理。尾气系统由三台往复式压缩机组成，两开一备，将尾气经过6缸4级压缩由0.002MPa提至3.2MPa送回上游甲醇装置进行再利用。既有利于环保质量，又保证了经济效益。三台往复机组共有进排气缓冲罐33台，整体为圆柱形，通过法兰与机组连接，在气缸上下方布置。

　　2裂纹故障经过

　　2013年6月15日，变压吸附主控DCS显示尾气压缩机厂房可燃气体泄漏报警，现场CO浓度超过300ppm。佩戴防护工具去现场调查发现三级进气缓冲罐出现细长裂纹。并有高压工艺气体向外喷出，立即紧急停车置换交出，准备对压缩机组进行检修处理。事后对现场其它缓冲设备仔细排查，在相同位置都发现大小不一的细长裂纹，严重威胁了正常的安全生产。考虑到该种设备问题的普遍性，要求厂家派人参与分析处理。

　　3裂纹产生原因分析

　　3.1设备设计问题

　　从现场的裂纹位置来看，不难发现这几处裂纹都是产生在加强筋板与设备本体的相连部位。裂纹长度约有130mm，与加强筋相连侧略高于裂纹另一侧，呈撕裂状，并有逐步向两端扩展趋势。所以分析原因如下：4块加强筋板通过焊接方式与缓冲罐连接，在焊接部位会产生很大的应力集中，这种集中应力在压缩机工作时所产生的高频剧烈振动作用下，对焊缝产生较大的附加的应力，长期无限次的交变应力超过罐体材料的疲劳极限时，就产生了疲劳破坏，发生设备断裂、介质泄漏事故。

　　3.2设备振动问题

　　虽然管口加强筋设计是该次事故的主要原因，但设备无限制的剧烈振动更是加剧罐体裂纹的另一诱因。由于往复式压缩机工作方式的特殊性，振动问题一直是困扰设备安全和稳定运行的内在隐患。其振动原因一般有以下几种：

　　1）气流脉动：往复压缩机在运行过程中吸气、排气是交替进行的，所产生的气流和压力不是连续稳定的，极容易与机组产生共振现象。

　　2）机械振动：压缩机主机的动力平衡性能不好，由运行组件往复运动形成的惯性力引起机械振动，引起连接管道也随之振动。

　　3）介质带液：由于系统回收乙二醇非正常状态下的尾气介质中含有大量甲醇蒸汽，经过压缩机一二级压缩提压后，在三级换热器后达到饱和状态并冷凝成液态甲醇。如不及时排出而被吸入缸体后则会造成严重的液击事故，形成强烈振动，甚至引起严重的安全事故。

　　4解决措施

　　4.1加强筋去除

　　在厂家确认取消加强筋对容器的安全性能没有什么影响的前提下，由检修人员利用乙炔焰对各缓冲罐上的加强筋板进行切割去除，砂轮机打磨原有焊接点，消除附加应力。

　　4.2裂纹修复

　　首先进行裂纹处除锈清理，用磨光机打磨坡口并查找裂纹终点，在终点处打φ4.2止裂孔，防止裂纹进一步扩大。用J507焊条对裂纹缺陷处进行焊接修补，修补后进行氮气充压查漏并经探伤确认缺陷完全消除后进行防腐恢复。

　　4.3振动消除

　　机组在空载运行时本体和各附属设施无明显振动，提压后管线、罐体振动强烈。说明振动主要来源是气流脉动引起的，机械振动为次要原因。但因装置已经建好，不可能再重新设计施工和较大改动，只能通过对振动严重的缓冲罐和管线进行加固，增加管线系统的刚度，改变管线的振动频率，来获取良好的减振效果。具体措施如下：

　　1）将与缓冲罐连接管道的U型卡固定改为可调节的抱箍装置，抱箍内部垫有厚橡胶板，防止刚性碰撞。如果长期运行水泥基础再次松动的话，可调节两个垫脚螺母来增加支撑力度，保证抱箍支撑紧贴管道。对悬空管道处焊接三角形支撑，减小其振动幅度。

　　2）将缓冲罐鞍座支撑进行角钢焊接加固，减轻自由端振动幅度。调整部分过定位地脚螺栓，消除安装应力。

　　3）针对介质带液问题，除敦促上游工艺调整外，还对现场分离器导淋进行延长改造，将原来的就地排放管线引致专业回收容器进行甲醇回收处理。实行定时检查排放，防止液体进入高温缸体内部。

　　5小结

　　经过一年多的运行和观察，没有再发生类似的损坏事故。而且机组的振动问题也进一步的得到了改善，这也无形中延长了其他相关设施的使用寿命和装置的运行时间。该事故也说明了作为设备使用方更应该具备一定的装备设计和制造知识，通过不断的学习和实践来提升设备的管理能力。

　　作者简介

　　张洪伟，男，1984年出生，汉，黑龙江牡丹江人，助理工程师，2007年毕业于河南工业大学机械设计及其自动化专业，学士，现在河南能源化工集团中原大化集团有限公司变压吸附从事设备管理工作。

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中国化工贸易杂志社编辑部

2019-08-15