大机组隐患问题探究

大机组隐患问题探究

孙义军

大庆石化公司化工二厂丁辛醇造气车间 黑龙江 大庆 163714

摘要：本文通过一起迷宫活塞往复式氧气压缩机的应用实例，分析了压缩机存在的氧气泄漏安全隐患，其填料密封泄漏的氧气与隔离氮气混合后再与润滑油气混合经油箱呼吸帽排出在室内环境积聚，并提出了应对该安全隐患的具体措施，保证员工安全，保证装置长周期平稳生产。

关键词：迷宫活塞 往复式 氧气压缩机 填料密封

1 引言

造气装置以焦油、氧气、工艺水为原料，生产合成气产品为丁辛醇装置羰基合成供应原料。其核心设备氧气压缩机，结构为迷宫活塞式往复压缩机，采用无油润滑迷宫活塞结构，具有无油润滑、磨损量小、维修量少、使用寿命长等优点，但是随着生产的持续进行，逐渐出现了氧气泄漏问题，显露出其本身存在的设计缺陷，对装置的正常生产和稳定运行带来了极大的安全隐患。工厂经过分析论证实施改造，一定程度上减少和避免了氧气泄漏带来的安全风险。

2 氧气压缩机简介

造气氧气压缩机为国内某厂生产，两列两级迷宫活塞往复式压缩机，立式安装，气缸为无油润滑，水冷式，双作用。工艺介质为氧气，由1.20MPa(G)压缩至5.50Mpa(G),排气量(吸入状态)为1.24 m³/min，单层平面布置。

2.1主要部件气缸与活塞：该压缩机具有两个气缸，均为双作用，进、排气口为侧进侧出，气缸内壁上开有迷宫槽。压缩机的活塞为迷宫活塞，在活塞外壁上开有迷宫槽，活塞与气缸内壁之间存在0.20mm的标准间隙，活塞和气缸不存在摩擦，无需润滑，保证了工艺介质的洁净。

2.2主要部件导向轴承与刮油环：该压缩机在活塞杆中间位置设置有导向轴承，用来防止活塞与活塞杆的径向偏移，其与活塞杆的标准间隙值为0.08mm。在导向轴承的上端设置有刮油环，用来刮下黏附在活塞杆上的润滑油，使活塞杆带上去的润滑油可以返回压缩机底部油箱。

2.3 主要部件活塞杆填料密封：该压缩机活塞杆的密封采用填料密封，用来密封气缸中的高压气体沿活塞杆向下泄漏，是压缩机重要的零部件，也是氧气泄漏的主要途径。其材质为石墨，填料内壁开有迷宫槽，通过对气体的节流来达到密封作用，填料环与活塞杆之间存在0.09mm的标准间隙。

3 压缩机氧气泄漏情况分析

3.1 氧气泄漏保护系统：该压缩机介质为氧气，遇到周围可燃气体容易形成爆炸性混合物，遇明火、高热极易燃烧爆炸。为此在填料密封处设置有两道泄漏保护管道，如图2所示。来自气缸的高压气体经过填料密封层层节流后，一次泄漏经管道返回压缩机入口，二次泄漏经管道去往火炬线放空。

图2 氧气一、二次泄漏示意图

3.2 隔离氮气保护系统：该压缩机填料密封由于采用迷宫结构，经一、二次泄漏后，还会有少量氧气沿活塞杆向下泄漏（称为末次泄漏），进入压缩机上层隔室。为此该压缩机设置有隔离氮气保护系统，如图3所示：在压缩机上层隔室内通入0.15MPa氮气，与泄漏的少量氧气混合后，经管道引至室外高点放空。

图3 氧气末次泄漏示意图

3.3 压缩机油箱呼吸帽系统介绍：该压缩机的润滑油储油箱设置在机体底部，经润滑油泵把润滑油送往曲轴、连杆等部位进行润滑、降温。为确保油箱内不形成负压，在机体下层隔室处设置有呼吸帽，如图4所示。油箱呼吸帽的存在，使油箱与机体外部环境相通，可以排出油箱内多余高温油气，在油箱内负压时可以及时补足常压，以能够准确显示油箱内液位，从而保证润滑油系统正常运行。

图4 压缩机油箱呼吸帽示意图

4 压缩机安全隐患分析

从以上可以看出，该压缩机导向轴承与活塞杆存在0.09mm的间隙，这个间隙值是必须存在的，过小则会加大导向轴承与活塞杆的摩擦，加快导向轴承的损耗。过大则起不到给活塞杆限位的作用，造成活塞与气缸的偏磨。这样就存在一个不可调和的设计问题：压缩机上层隔室内的氮气和氧气混合气会经过导向轴承与活塞杆的间隙进入下层隔室。

原设计意图是上层隔室内存在的氧气与氮气混合后经管道引至室外放空，但实际上，隔离氮气压力为0.15MPa，大于下层隔室油箱内压力，这部分混合气体并不能完全从放空管道排出，还会有一部分混合气体经导向轴承与活塞杆的间隙进入下层隔室，再经油箱呼吸帽排至机体外部，这样就带来了两个危害。

4.1 油箱内会始终存在0.15 MPa的压力，加剧了高温油气的外排，使得油箱呼吸帽处总有油气凝液漏出，进而滴落到机体和地面，影响到了现场的环境和安全。

4.2 泄漏的氧气经油箱呼吸帽排出后直接进入室内环境。大庆石化公司位于黑龙江省，地处我国东北地区，冬季室外气温零下30℃。为确保冬季生产安全，转动设备全部位于室内，且室内必须保温保暖，厂房门窗总处于关闭状态，并且在门口处还设置有棉门帘。这部分泄漏的氧气进入室内环境后，就会在室内积聚，存在极大的安全隐患。并且，随着生产持续进行，压缩机长期运转，填料密封作为易损部件，泄漏量会逐渐增大，从而加大了室内氧气泄漏的安全隐患。据工厂实践，该压缩机运行一年后，从呼吸帽处泄漏的气体经可燃气检测仪检测已达到51%LEL（即爆炸下限的51%），始终处于报警状态，严重威胁着装置的安全生产。

5 应对措施

从以上分析可知，该压缩机的填料密封、导向轴承、油箱呼吸帽都是压缩机的主要零部件，各处间隙的存在也都是有必要的，并不能从根本结构上进行改动。为此，工厂结合实际生产进行了一些尝试和改造。

5.1 降低隔离氮气往压缩机上层隔室的加入量。在保证隔离氮气室外放空口有气体排出的前提下，关小隔离氮气进入上层隔室的阀门开度。这样就减少了氧气从呼吸帽处的排出量，一定程度上降低了室内氧气的积聚程度。

5.2 加强呼吸帽处泄漏气体的监测工作。工厂制定了压缩机氧气泄漏监测制度，每两个小时监测一次从呼吸冒处泄漏气体的可燃气浓度。发现有增长趋势，则及时采取降低隔离氮气加入量、更换填料密封等措施，以降低氧气泄漏带来的安全风险。

5.3 在以上临时措施的基础上，工厂对油箱呼吸帽的管路进行了改造：加长油箱呼吸帽管道，把呼吸帽移至室外。

在呼吸帽处切断原管道，增加了8米长的管道，把呼吸帽移至室外高点排放，这样在整体不做较大的改动下，消除了室内氧气泄漏积聚的安全隐患。通过改造一是保证了油箱的呼吸机构能够继续运行，二是保证了泄漏的氧气不会排至室内，避免了室内爆炸气体积聚，保障了生产持续平稳，人员和设备安全。

6 结束语

迷宫活塞式往复压缩机在国内的应用目前已经趋于广泛，但该项技术相对来说还是有待进一步发展。大庆石化公司化工二厂己烯-1装置从立项到设计、到设备制造、再到实际生产，全部立足于国产化，因此工厂也是希望看到国产压缩机走向成熟和完善。工厂通过此次改造，降低了压缩机设计缺陷带来的安全风险，希望能够通过本文为该类压缩机的设计和其它化工生产装置的设备选型及日常使用提供一定的参考依据。

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