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[摘 要]在设备实际运行过程中，及时预报和诊断所隐含的故障，借助先进技术不断分析设备异常的部位和原则，并探索行之有效的解决措施，对于避免和减少事故的发生，确保设备的正常运转，提高生产效益起着极大的促进作用。本文主要对合成氨装置空气压缩机出口管线突然开裂造成装置停车的原因进行了分析，并提出了相应的解决措施。
[关键词]空气压缩机；出口管线；开裂原因；处理措施
中图分类号：TQ113.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0090-01
随着现代科学技术的发展，机械设备日益朝着高度自动化的方向发展，机械设备部件之间的联系也更加紧密，一旦某个部件发生故障，就可能会导致整台设备故障，甚至瘫痪。空气压缩机出口管线开裂具有较大的危害性，它可以降低空气压缩机的容积效率，减少排气量，损耗功率，导致气阀以及控制仪表使用寿命，甚至对装置安全、经济运行构成严重威胁，造成安全爆炸事故的发生。因此，对空气压缩机出口管线开裂的原因进行分析，并采取有效地处理措施加以解决，对避免和减少安全隐患的出现，确保空气压缩机生产装置安全的稳定运行，提高空气压缩机使用效率和生产经济效益，具有十分重要的意义。
一、工艺基本概况
某大型氨厂在某天 01：26左右.发现大空气压缩机转速突然上升，超速跳车，转速回零，当班立即减负荷至42%。同时合成系统停车，切除甲烷化炉。在恢复生产的过程中发现大空气压缩机出口管线开裂.立即进行五级停车处理。该厂的二段转化炉设计空气量为77.9t/h.由大、小空气压缩机并联提供，其出口分别有放空阀.两组空气汇合后加入4.5t/h的中压蒸汽.经过预热盘管.再经过联锁单向阀后进入二段转化炉。
大空气压缩机为蒸汽轮机驱动的四段离心式压缩机.一段至四段之间各有1个“U”型管水冷器（129JC、130JC、131JC），空气走壳侧，底部设一带疏水器的排水线。并设高液位报警，
二、事故原因及处理措施分析
1.开裂管线基本概况
开裂管线为与小空气压缩机汇合前的大空气压缩机出12管线.破裂点为大空气压缩机出口截止阀前的弯头与直管段之间焊缝处.管线规格271mmx9.30mm，材质为A53B，操作温度是175 ℃.操作压力是3.0MPa。破裂点裂口总长为289mm.裂口处变形量较大.表面局部发黑，观察焊缝内部可发现存在局部未焊透的情况，该泄漏部位的弯头于前一年进行了全面理化检测，未见减薄。
2.裂口管线检测分析
1）对裂口周围的壁厚进行检测.具体数值为8.6，8.8，9.1，8.7mm；弯头背部测厚数值分别为9.1，91，8.9，9.1mm，从测厚数据可知，管线并没有减薄。
2）分析裂口的形状。可知开裂初期的点应位于焊缝处：从开裂口处可以看到焊缝内侧局部未焊透.存在疲劳开裂的可能。但在裂口截面处肉眼观察内外表面.未发现疲劳痕迹。
3）管线最小壁厚计算情况。根据GB50316—2000（工业金属管道设计规范》，管线的最小壁厚计算公式为：
其中，ts为管线的计算壁厚，mm；tsd为管线的最小壁厚，mm；P为管线设计压力，3.5MPa；Do为管线外径，273mm；Ej为焊缝系数，对于无缝钢管，Ej=l；[O-]t表示管线材料在设计温度下的基本许用应力，单位是MPa；Y是温度对计算管子壁厚公式的修正系数，对于铁素体钢，温度不超过482℃时，Y=O.4；C为管线腐蚀、磨损减薄量的附加值，单面腐蚀取1.5mm。
根据GBl50—20l1《压力容器》：20#钢材质在150 ℃下的许用应力为140MPa：400 ℃的许用应力为88MPa：475 0C的许用应力为4lMPa。计算厚度：150℃所需的计算厚度为 ts=3.46mm；400℃所需的计算厚度为ts=5.48mm；475 ℃所需的计算厚度为ts=l1.55mm；由计算可知，该管线厚度满足正常工艺需要。
3.相关工艺运行数据分析
通过调取大空气压缩机停机前后工艺运行数据趋势发现：
1）01：26：10。大、小空气压缩机工况运行正常，总空气流量76t/h，总空气压力3.24 MPa，大空气压缩机转速6580r/min。此时。工况快速发生变化。
2）01：26：20.总空气流量下降到最低18t/h，总空气压力下降到最低3.05 MPa。大空气压缩机出口流量下降到最低11t/h.转速上升到最高7722r/min.
3）此后，大空气压缩机转速快速下降，总空气压力逐渐下降.01：26：30，转速低于500 r/min后快速上升。最高达到8210r/min。
4）总空气流量下降到最低18t/h后，回升到50t/h.大空气压缩机出VI流量回升到39t/h.0：42：24下降到O.
5）01：26：30前，低压缸出口温度为171 ℃，之后逐渐下降：高压缸出口温度01：26：30前为183.5℃.之后逐渐快速上升，最高超过700℃。
4.管线开裂时间分析
查DCS的趋势图.总空气流量开始下降时间是01：26：15.大空气压缩机跳车时间是01：26：20；查管线开裂处的视频监控.确认管线开裂时间是01：26：50。
5.大空气压缩机检修情况
大空气压缩机停车后，打开大空气压缩机高、低压缸及出口单向阀进行检查.对压缩机出口管线进行检测，对联锁单向阀进行校对.进一步查压缩机电子调速系统及事故前后的报警数据.检查压缩机入口过滤器等，发现问题：①高压缸内有水锈存在；②出El单向阀不好用；③联锁单向阀不好用。
6.故障原因分析
由出口管线开裂、压缩机跳车及反转等现象分析原因。存在如下可能：①该处管线因焊接缺陷局部开裂。压缩空气外泄；②大空气压缩机高压缸出口放空阀或安全阀泄漏；③调速系统故障或压缩机喘振等导致大空气压缩机大幅波动。
由相关数据分析01：26：15时，大空气压缩机转速开始上升。但总空气流量、大空气压缩机出口流量下降。及高压缸出口压力下降，低压缸出口压力上升.即可以排除前两种可能，说明此次事故根源就是大空气压缩机波动。停车后查询电子调速系统的运行及事故初期的运行数据及报警.没有发现系统存在明显问题.又结合事故初期。压缩机转速上升，出口流量下降。低压缸入口、出口压力上升，高压缸出口压力下降.缸体内有水锈的现象.及夏季空气湿度大.压缩机段间水冷器l30JC曾经出现过仪表液位高报警失灵的情况.推断段间水冷器130JC或131JC高液位，造成高压缸空气流量瞬间大幅下降，同时缸体带水，从而造成压缩机喘振。
大空气压缩机喘振.造成超速跳车，出口放空阀打开.高压缸出口压力下降。又由于出口单向阀、联锁单向阀不好用，造成小空气压缩机的空气、少量二段转化炉内的高温气体先后倒灌，在大空气压缩机出口放空阀放空。少量气体倒人大空气压缩机.使其反转。超过700 ℃的工艺气在与小空气压缩机的空气管线汇合处.即上述管线突然开裂处.由于管线焊接缺陷、高温发生蠕胀（20#钢的使用温度上限425℃）.最终在焊缝的薄弱部位沿管线轴向爆开。
7.相关解决措施分析
1）由于压缩机出口管线存在短时超温情况。此次检修对整条管线管件、直管进行了测厚、金相检测.装置年度检修期间更换了压缩机出口至空气盘管前的管线。
2）此次解体检修了大空气压缩机出口单向阀.调试了联锁单向閥。
3）调试了大空气压缩机出口放空阀和安全阀。
4）检查调试了3台水冷器的高液位报警。
5）对3台水冷器的疏水器及管线进行改造，设立液位检查副线。安排班组每班开副线检查1次液位情况。通过上述措施.保证了空气压缩机的安全运行。
参考文献
[1] 刘小春，陈进，毛荷芳.焦化脱硫装置富气压缩机出口管线开裂分析[J].石油化工腐蚀与防护，2007（05）.
[2] 谢振红，吴东旭.往复式压缩机出口管线振动分析及防振设计[J].压缩机，2007（07）.
[关键词]空气压缩机；出口管线；开裂原因；处理措施
中图分类号：TQ113.25 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0090-01
随着现代科学技术的发展，机械设备日益朝着高度自动化的方向发展，机械设备部件之间的联系也更加紧密，一旦某个部件发生故障，就可能会导致整台设备故障，甚至瘫痪。空气压缩机出口管线开裂具有较大的危害性，它可以降低空气压缩机的容积效率，减少排气量，损耗功率，导致气阀以及控制仪表使用寿命，甚至对装置安全、经济运行构成严重威胁，造成安全爆炸事故的发生。因此，对空气压缩机出口管线开裂的原因进行分析，并采取有效地处理措施加以解决，对避免和减少安全隐患的出现，确保空气压缩机生产装置安全的稳定运行，提高空气压缩机使用效率和生产经济效益，具有十分重要的意义。
一、工艺基本概况
某大型氨厂在某天 01：26左右.发现大空气压缩机转速突然上升，超速跳车，转速回零，当班立即减负荷至42%。同时合成系统停车，切除甲烷化炉。在恢复生产的过程中发现大空气压缩机出口管线开裂.立即进行五级停车处理。该厂的二段转化炉设计空气量为77.9t/h.由大、小空气压缩机并联提供，其出口分别有放空阀.两组空气汇合后加入4.5t/h的中压蒸汽.经过预热盘管.再经过联锁单向阀后进入二段转化炉。
大空气压缩机为蒸汽轮机驱动的四段离心式压缩机.一段至四段之间各有1个“U”型管水冷器（129JC、130JC、131JC），空气走壳侧，底部设一带疏水器的排水线。并设高液位报警，
二、事故原因及处理措施分析
1.开裂管线基本概况
开裂管线为与小空气压缩机汇合前的大空气压缩机出12管线.破裂点为大空气压缩机出口截止阀前的弯头与直管段之间焊缝处.管线规格271mmx9.30mm，材质为A53B，操作温度是175 ℃.操作压力是3.0MPa。破裂点裂口总长为289mm.裂口处变形量较大.表面局部发黑，观察焊缝内部可发现存在局部未焊透的情况，该泄漏部位的弯头于前一年进行了全面理化检测，未见减薄。
2.裂口管线检测分析
1）对裂口周围的壁厚进行检测.具体数值为8.6，8.8，9.1，8.7mm；弯头背部测厚数值分别为9.1，91，8.9，9.1mm，从测厚数据可知，管线并没有减薄。
2）分析裂口的形状。可知开裂初期的点应位于焊缝处：从开裂口处可以看到焊缝内侧局部未焊透.存在疲劳开裂的可能。但在裂口截面处肉眼观察内外表面.未发现疲劳痕迹。
3）管线最小壁厚计算情况。根据GB50316—2000（工业金属管道设计规范》，管线的最小壁厚计算公式为：
其中，ts为管线的计算壁厚，mm；tsd为管线的最小壁厚，mm；P为管线设计压力，3.5MPa；Do为管线外径，273mm；Ej为焊缝系数，对于无缝钢管，Ej=l；[O-]t表示管线材料在设计温度下的基本许用应力，单位是MPa；Y是温度对计算管子壁厚公式的修正系数，对于铁素体钢，温度不超过482℃时，Y=O.4；C为管线腐蚀、磨损减薄量的附加值，单面腐蚀取1.5mm。
根据GBl50—20l1《压力容器》：20#钢材质在150 ℃下的许用应力为140MPa：400 ℃的许用应力为88MPa：475 0C的许用应力为4lMPa。计算厚度：150℃所需的计算厚度为 ts=3.46mm；400℃所需的计算厚度为ts=5.48mm；475 ℃所需的计算厚度为ts=l1.55mm；由计算可知，该管线厚度满足正常工艺需要。
3.相关工艺运行数据分析
通过调取大空气压缩机停机前后工艺运行数据趋势发现：
1）01：26：10。大、小空气压缩机工况运行正常，总空气流量76t/h，总空气压力3.24 MPa，大空气压缩机转速6580r/min。此时。工况快速发生变化。
2）01：26：20.总空气流量下降到最低18t/h，总空气压力下降到最低3.05 MPa。大空气压缩机出口流量下降到最低11t/h.转速上升到最高7722r/min.
3）此后，大空气压缩机转速快速下降，总空气压力逐渐下降.01：26：30，转速低于500 r/min后快速上升。最高达到8210r/min。
4）总空气流量下降到最低18t/h后，回升到50t/h.大空气压缩机出VI流量回升到39t/h.0：42：24下降到O.
5）01：26：30前，低压缸出口温度为171 ℃，之后逐渐下降：高压缸出口温度01：26：30前为183.5℃.之后逐渐快速上升，最高超过700℃。
4.管线开裂时间分析
查DCS的趋势图.总空气流量开始下降时间是01：26：15.大空气压缩机跳车时间是01：26：20；查管线开裂处的视频监控.确认管线开裂时间是01：26：50。
5.大空气压缩机检修情况
大空气压缩机停车后，打开大空气压缩机高、低压缸及出口单向阀进行检查.对压缩机出口管线进行检测，对联锁单向阀进行校对.进一步查压缩机电子调速系统及事故前后的报警数据.检查压缩机入口过滤器等，发现问题：①高压缸内有水锈存在；②出El单向阀不好用；③联锁单向阀不好用。
6.故障原因分析
由出口管线开裂、压缩机跳车及反转等现象分析原因。存在如下可能：①该处管线因焊接缺陷局部开裂。压缩空气外泄；②大空气压缩机高压缸出口放空阀或安全阀泄漏；③调速系统故障或压缩机喘振等导致大空气压缩机大幅波动。
由相关数据分析01：26：15时，大空气压缩机转速开始上升。但总空气流量、大空气压缩机出口流量下降。及高压缸出口压力下降，低压缸出口压力上升.即可以排除前两种可能，说明此次事故根源就是大空气压缩机波动。停车后查询电子调速系统的运行及事故初期的运行数据及报警.没有发现系统存在明显问题.又结合事故初期。压缩机转速上升，出口流量下降。低压缸入口、出口压力上升，高压缸出口压力下降.缸体内有水锈的现象.及夏季空气湿度大.压缩机段间水冷器l30JC曾经出现过仪表液位高报警失灵的情况.推断段间水冷器130JC或131JC高液位，造成高压缸空气流量瞬间大幅下降，同时缸体带水，从而造成压缩机喘振。
大空气压缩机喘振.造成超速跳车，出口放空阀打开.高压缸出口压力下降。又由于出口单向阀、联锁单向阀不好用，造成小空气压缩机的空气、少量二段转化炉内的高温气体先后倒灌，在大空气压缩机出口放空阀放空。少量气体倒人大空气压缩机.使其反转。超过700 ℃的工艺气在与小空气压缩机的空气管线汇合处.即上述管线突然开裂处.由于管线焊接缺陷、高温发生蠕胀（20#钢的使用温度上限425℃）.最终在焊缝的薄弱部位沿管线轴向爆开。
7.相关解决措施分析
1）由于压缩机出口管线存在短时超温情况。此次检修对整条管线管件、直管进行了测厚、金相检测.装置年度检修期间更换了压缩机出口至空气盘管前的管线。
2）此次解体检修了大空气压缩机出口单向阀.调试了联锁单向閥。
3）调试了大空气压缩机出口放空阀和安全阀。
4）检查调试了3台水冷器的高液位报警。
5）对3台水冷器的疏水器及管线进行改造，设立液位检查副线。安排班组每班开副线检查1次液位情况。通过上述措施.保证了空气压缩机的安全运行。
参考文献
[1] 刘小春，陈进，毛荷芳.焦化脱硫装置富气压缩机出口管线开裂分析[J].石油化工腐蚀与防护，2007（05）.
[2] 谢振红，吴东旭.往复式压缩机出口管线振动分析及防振设计[J].压缩机，2007（07）.