1项目实施背景
2013年11月至2014年8月,某石化公司120万加氢装置新氢压缩机K-3101二次气缸盖侧排气阀发生4处泄漏,均在阀盘边缘断裂。2014年8月11日至23日,两次故障间隔时间仅为12天。断裂情况如图所示。1和2。压缩机为三排对置结构,三级压缩,主要参数如下:工作介质:氢气,电机功率:3150千瓦,排气量:34000牛米3/h,1.98兆帕,二级进气压力3.94兆帕,三级进气7.42兆帕,三级排气压力13.20兆帕。
我们知道,阀门不仅工作强度大,而且还面临着一个非常恶劣的工作环境:经常遇到液体、金属颗粒、杂质、灰尘、腐蚀性气体或固体等异常工作介质;同时,它们还受到各种破坏因素的影响,如压力、张力、剪切力、冲击、磨损、腐蚀、压力、压力、压力、剪切力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力、压力等。即使在极高或极低的温度下也不例外。接下来工作。因此,造成阀门损坏的原因很多,在大多数情况下,很难准确地确定损坏因素。为了判断故障原因,减少拆卸和检查工作量,采用排除法进行原因分析。
2故障分析
2.1阀门故障的原因和分类概述
一般来说,阀门故障的原因可分为以下几个方面:
2.1.1外部因素
例如,工作条件的变化;介质成分的变化;含有腐蚀性成分的介质;含有微粒粉尘的介质;积碳和结垢;液体的残余夹带;润滑油量不适当(太多或太少);系统的压力波动;系统的共振;不良操作系统冷却器和气液分离器的比例;系统过滤器故障;系统安全阀、回流控制阀、切断阀。阀门故障;系统活塞环、填料、刮油环故障;气阀安装问题;主机维护不当;主机运行错误;其他环境因素。
2.1.2内部因素
如设计缺陷、材料缺陷、制造缺陷等。
2.1.3其他因素
如压缩机频繁启停;汽车经常冷启动,但清洗阀前不清,不排空气缸内积聚的机油、积液等。
2.2分析过程
2.2.1内部因素
自2012年8月机组投入运行以来,阀门运行相对稳定,应先排除阀门设计、制造批次等因素。
2.2.2其他因素
经现场了解,可以排除。
2.2.3外部因素
在排除了安装、运行等其他因素后,确定了造成该故障的主要原因是介质成分(设计值和实际值)的变化和注油量不当。
(1)介质成分
压缩介质氢气由制氢装置生产的高纯氢气和部分重整装置生产的重整氢气组成。实际含氢量在一定范围内变化。从失效前后压缩机介质组分的分析结果可以看出,介质中氢含量在92.456%到98.477%之间。根据现场工艺要求,最低氢含量为92%。
与原设计参数和阀门实际运行参数相比,压缩机实际运行参数接近原设计参数。唯一明显的变化是介质气体的摩尔分子量。设计介质组成如下:
H2:98.92%,CH 4:1.039%,C 6H 14:0.041%,摩尔分子量为2.19 g/mol,2014年8月12日介质组分摩尔分子量为5.55 g/mol,翻了一番以上。
对各级阀门的主要设计参数分别进行了98.48%、95.36%和92.46%氢含量的检查。二次盖侧排气阀盘的冲击速度分别为最大允许冲击速度的92.7%、93.5%和95.4%。随着摩尔分子量的增加,阀瓣关闭时的冲击速度逐渐增大。同时,随着摩尔分子量的增加,闭口弹簧力越来越弱。更为严重的是,当介质气体中的H2含量从98.48%变为92.46%时,模拟运行时二次盖侧排气门的关闭角越来越大,二次关闭的关闭角超过180度持久性,阀门实际延迟关闭(图3)。
(2)喷油
机器的每个气缸有两个喷油点,每个喷油点的喷油量约为10-15滴/分钟,每个气缸的喷油量约为25-30滴/分钟。
解体后,发现排气门的阀盖上有较多的润滑油(图4)。同时,损坏的阀片表面覆盖有油垢(图5),断裂处的油垢有一定的粘性。
我们知道,阀瓣移动时通常不会与阀座平行碰撞,但当阀瓣一端首先撞击阀座时,阀瓣将以一定角度旋转,从另一端第二次撞击阀座(图6)。阀板的倾斜运动是由往复压缩机的脉动气流引起的。因此,一般来说,阀板外环的冲击速度总是最大的,冲击次数总是最大的,也是最容易提前损坏的。
一般来说,油润滑的往复压缩机的阀盘与阀座(盖)之间的油膜往往使阀盘吸附在阀座(盖)上,阀的开启(关闭)时间比非油润滑的时间要晚得多。如果出现过多的润滑,会使阀瓣粘在阀座或阀盖上,在设计节点处无法打开或关闭,但会延迟到后续气流的强烈冲击,其运动速度会超过阀瓣允许极限速度的许多倍,导致阀瓣过早破裂。因此,在设计中很难计算出盘的运动轨迹和闭合度。速度只能通过结构调整来提高。
另外,由于润滑油的不可压缩性,如过多的存在,当空气流经排气阀时,会撞击到阀瓣,导致阀瓣开裂甚至断裂,这对排气阀的影响最为明显。
3改进措施
通过分析,找出了失效的主要原因,即介质摩尔分子量(设计值和实际值)的变化,大量注油,导致阀门运动速度波动大,启闭延时。
由于压缩机喷油需求和介质技术需求的客观存在,原有的设计阀必然受到干扰。因此,排气阀的设计改进主要从降低阀盘的运动速度和油的粘性入手,选择具有型面的非金属环阀(CE阀)结构。
CE阀具有以下特点:
(1)抗液体冲击,抗油粘稠,抗杂质,可靠性;
(2)管路密封,密封良;
(3)导向阀环以减少倾斜运动;
(4)非金属弹簧套的设计减少了弹簧与阀盖之间的磨损。
(五)弹簧结实;
(6)防止阀座磨损的碳纤维加强环;
(7)循环良,节能。
CE环阀的密封面为轮廓密封(图7)。密封面积比传统平面密封小得多。有利于阀圈的工作密封,大大降低了油粘性对密封件的冲击力,避免了阀圈过早损坏。由于CE阀具有良的通流性能,改进方案的阀升由原来的1.2 mm降低到1 mm。在不影响阀门通流面积的情况下,有效降低了阀环的运动速度。
与传统的网状阀平面密封设计不同,环形阀的轮廓密封设计改变了阀内的气流路径(图8)。与对角线相似的流型不仅降低了介质的动态损失,而且降低了阀门的损失和能耗。更有利于避免介质中的液体对阀门密封圈表面的垂直冲击,有效提高阀门的抗水力性能。
4。空气阀改造前后的操作
4.1改造前2级排气阀故障见表1。
4.2改造后2级排气阀运行状态
2016年8月22日,B机更换为圆面阀(CE阀)。截至2018年4月,已连续运行11739小时,无故障。
5结论
阀门损坏的原因有很多。原则上,只有外观的一部分才能得出结论。在大多数情况下,很难准确地确定阀门损坏的原因。通常使用排除方法,从最简单和最明显的地方开始,缩小可能性范围,最后锁定一些问题。注意阀门损失的规律性是很重要的,这有助于我们找出原因。
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