CN107795476A - 往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，包括罐体、气/水界面检测室和液位计，其中罐体设有进水口和出水口，气/水界面检测室位于罐体顶部，与罐体相通，气/水界面检测室上端连接排气阀，液位计与气/水界面检测室相通。基于氢气与水不能实现大量互溶，通过气液分离可以使水中混合的氢气分离富集，在封闭容器内，氢气上浮，在水面上聚集，形成气柱，通过检测气柱高度可以掌握冷却水中夹带的氢气量，通过本发明的分离捕集功能，定量检测，可实现及早发现往复式压缩机内漏问题。

Description

往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器

技术领域

本发明涉及一种氢气泄漏监测器，具体为一种往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器。

背景技术

在石油化工生产装置中，氢气是不可或缺的反应原料和热载体，在多数需要氢气参与加成反应的生产过程，都要在一定压力下才能实现，因此，必须有氢气增压设备——压缩机。设计选型时，较多采用的是离心式压缩机和往复式压缩机，离心式压缩机较多应用于压缩机进出口压力差较小的生产过程，对于压缩机进出口压力差较大的生产过程，则以往复式压缩机应用居多。往复式压缩机主要向中压及高压方向发展，这个是离心式压缩机无法达到的高度。

往复式压缩机工作时，曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做往复运动。活塞运动使气缸内的容积发生变化，当活塞反向运动的时候，汽缸容积增大，进气阀打开，排气阀关闭，空气被吸进来，完成进气过程；当活塞正向运动的时候，气缸容积减小，排气阀打开，进气阀关闭，完成压缩过程。通常活塞上有活塞环来密封气缸和活塞之间的间隙，气缸内有润滑油润滑活塞环。

就往复式压缩机而言，因为气体压缩过程需要对气体做工，必然要产生热量，需要设置冷却水流程带走热量；高速往复运行的活塞杆填料等部位也需要使用冷却水带走摩擦产生的热量。由于往复式压缩机结构复杂，导致其出现故障的原因很多。在长期的生产实践中，人们发现，往复式压缩机最常见的故障零部件有气阀、活塞环、填料函以及一些连接件等；例如吸、排气阀故障，气缸活塞、活塞环磨损严重，填料函不严等等原因均可能造成漏气，使得压比失调、排气量降低等，导致压缩机无法正常运行，对生产工作造成巨大损失。

当往复式压缩机压缩的气体为氢气时，一旦出现填料泄漏，由于被压缩气体压力正常超过2.0MPa，而冷却循环水正常压力在0.4MPa，气体就会压至冷却水系统，随水一道排出。由于氢气是一种易燃易爆的气体，和氟、氯、氧、一氧化碳以及空气混合均有爆炸的危险，针对泄漏存在趋势性，如果泄漏初期能够及时发现，则可以有效避免因此导致的设备损坏甚至火灾爆炸事故。

现有循环水压缩机冷却水检测系统往往多台并联，设置总的气液分离罐，在罐顶处通过监控泄漏气量确定是否有压缩机泄漏氢气，但是该方法难以区分出是哪一台或者哪几台循环水压缩机发生泄漏，无法对单台压缩机氢气泄漏进行定量监测，需逐个排查，增加劳动量，难以在泄漏初期及时解决问题。同时，在初期氢气泄漏量比较小的情况下，总的气液分离罐的液面变化不大，肉眼难以区分是否漏气，需安装专门的氢气泄漏检测仪，增加设备成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种新型往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，通过本发明的分离捕集功能，可对氢气泄漏进行定量监测，能够及早发现往复式压缩机内漏问题，保障设备运行的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，包括封闭的罐体、气/水界面检测室和液位计，其中罐体设有进水口和出水口，气/水界面检测室位于罐体顶部，与罐体相通，气/水界面检测室顶部连接排气阀，液位计与气/水界面检测室相通。进水口连接往复式压缩机出水口，待水装满罐体时，打开出水口的阀门，调节出水口阀门，使其保持在未出现泄漏时罐体及液位计水位处于灌满状态；当出现氢气泄漏时，由于氢气在水中的溶解度极低，当混有氢气的水到达罐体时，由于重力作用，冷水向下随出水口流出，氢气逐渐上升，在上部集聚形成一定压强，此时液位计会检测到液位下降。所述气/水界面检测室顶端较细，这样即使只有少量气体泄漏也会汇聚到气/水界面检测室顶部，液位计依然能检测到液位下降，具有较强的灵敏度。

上述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器的罐体利用隔板分开，分为进水侧和出水侧，隔板不完全封闭，下部连通两侧，进水口位于进水侧侧壁，出水口位于出水侧侧壁，气/水界面检测室位于罐体进水侧顶部。通过对水中携带的氢气进行折返、分离，较为彻底的分离冷却水中携带的氢气。

进一步地，气/水界面检测室的结构为倒漏斗型，原因在于，相对于桶型设计该异型结构更易集气，且与下部进水侧相比有缩径，以便有氢气聚集能够更快捷的被发现。例如当下部进水侧截面积是上部气/水界面检测室截面积的3倍，则3体积的气体在上部显示高度为3cm时，在下部进水侧显示的高度仅是1cm。

液位计与气/水界面检测室有两个连接点，液位计下端连接气/水界面检测室侧壁下端，液位计上端连接气/水界面检测室侧壁上端，为了使液位计更精确的检测水位，及早检测记录气体泄漏量，液位计上端距离排气阀越近越精确，但是，就实际制造而言，因为排气阀是阀组式设计，排气阀与液位计上端连接点中间有一闸阀，考虑到实际使用时涉及排气阀所接管径大小，所以液位计上端连接点距离排气阀优选为5～50cm。

进一步地，在上述罐体的进水口处设置进水挡板，挡板将氢气挡住，使氢气只能折流上升，更大限度地防止氢气随冷却水流出。

在氢气随冷却水进入罐体后，被进水挡板挡住，只能折流绕过，产生惯性绕流，为第一次气液分离；当氢气随冷却水又撞击到上述隔板后，氢气流发生折返，继续上升，实现第二次气液分离，如此氢气与水的分离更为充分。

为了使冷却水能够充分撞击隔板，所述出水口位置低于进水口位置，高于隔板底端位置，在携带气体的冷却水撞击隔板后，水流形成回路，延长其在罐体进水侧停留时间，使得氢气与冷却水能够充分分离。

进一步地，隔板下缘与罐体底部所围合而成的截面积为进水口截面积的2～4倍，以保证底部水流动畅通。其原因在于：若截面积小于2倍进水口截面积，经过长期运行，冷却水中的污垢会导致通水面积减小，从而在进水室和出水室形成压差，增加冷却水循环阻力；若通水截面积过大，不利于本设计的小型化，因为所设计的监测器进出水口的管道管径必须与冷却水出水管道相近，不可能无限减小。

顶端排气阀可以为一个阀组，包括上游闸阀、下游闸阀、旁路截止阀以及排气阀本身。上下游闸阀常开，旁路截止阀常闭；当排气阀本身损坏时，可以打开旁路截止阀，关闭上下游闸阀，将排气阀切出以更换新的排气阀。

为了减少人力成本，便于智能控制该监测器，所选液位计为界面计，推荐使用浮筒液位计，数据输出更为精确方便，所选排气阀为气动调节阀，增加了控制回路。当界面计监测到的数值低于一定值时(如50％)，发出报警信号提醒岗位人员，若需排出氢气，可以通过将界面数值信号与调节阀形成控制回路，调节排气阀开度，实现排气控制的目的。控制回路分别连接浮筒液位计和气动调节阀，通过液位计给出的液位信号值自动控制气动调节阀门开度以便及时排出集聚的氢气，实现自动化的控制和管理。

在应用本发明装置时，包括以下步骤：

1)本发明装置安装于往复式压缩机冷却水出口管线，本发明装置进水口设置于管道流向上游，出水口设置于管道流向下游，对本发明装置设置旁路阀，旁路阀在投用过程中处于常闭状态，投用前处于打开状态；

2)将往复式压缩机冷却水出口与罐体进水口连接；

3)关闭出水口阀门，打开进水口阀门，打开排气阀，冷却水进入罐体，同时对输水管道、罐体以及液位计中气体进行排空；

4)待冷却水装满罐体以及气/水界面检测室时，关闭排气阀，打开出水口阀门，此时液位计水位处于灌满状态；

5)缓慢关闭旁路阀，使冷却水全部通过本发明装置。

6)设定标准液位值，一旦出现氢气泄漏，当液位降到设定值时，发出报警信号；若需排出集聚的氢气，控制回路通过液位计的液位信号值控制气动调节阀开度将氢气排出；

确认氢气泄漏至冷却水侧后，对压缩机进行维修处理，排除故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

结构设计简单，合理利用氢气在水中的难溶性，在对压缩机中氢气的泄漏进行分离捕集，定量检测，同时可实现及早发现往复式压缩机内漏问题。避免了氢气泄漏造成的巨大损失，最大限度消除了氢气泄漏造成的影响，提高了压缩机的工作效率和工作性能，节省了电力，延长了压缩机的使用寿命，具有很强的实用性。同时，本发明引入自动控制系统，实现智能化监控和管理，减少了人力成本。最后，若在单台压缩机冷却水流程上增设流量计，根据气柱刻度，可实现氢气泄漏量与水的的比例计算，从而得出泄漏率。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明顶端排气阀组结构示意图。

图中标记：

1.进水侧，2.排水侧，3.隔板，4.进水口，5.底部排水口，6.出水口，7.液位计，8.进水档板，9.气/水界面检测室，10.排气阀，11.下游闸阀，12.上游闸阀，13.截止阀，14.控制回路。

具体实施方式

现结合附图，对本发明进一步具体说明。

实施例1：

参见图1为本发明往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器的一种实施例，包括罐体、气/水界面检测室9和液位计7，其中罐体设有进水口4和出水口6，罐体中间利用隔板3分开，分为进水侧1和排水侧2，隔板3不完全封闭，下部连通两侧，进水口4位于进水侧侧壁，出水口6位于排水侧2侧壁；气/水界面检测室9的结构为倒漏斗型，位于罐体进水侧1顶部，气/水界面检测室9顶部连接排气阀10，液位计7与气/水界面检测室9相通。进水口4连接往复式压缩机出水口，进水口处设置进水挡板8，使氢气只能折流上升，防止氢气随冷却水直接流出；为了使冷却水能够充分撞击隔板，出水口6位置低于进水口4位置，高于隔板3底端位置，隔板3下缘与罐体底部所围合而成的截面积为进水口4截面积的2～4倍，本实施例具体为3倍，以保证底部水流动畅通。

液位计7与气/水界面检测室9有两个连接点，液位计7下端连接气/水界面检测室9侧壁下端，为了使液位计更精确的检测水位，液位计7上端连接排气阀下方。

本实施例往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器的使用方法，包括以下步骤：

1)将单台往复式压缩机冷却水出口与罐体进水口连接；

2)关闭出水口阀门，打开进水口阀门，打开排气阀，冷却水进入罐体，同时对输水管道以及罐体中气体进行排空；

3)待冷却水装满罐体以及气/水界面检测室时，液位计水位处于灌满状态，关闭排气阀，打开出水口阀门；

缓慢关闭本发明装置在冷却水出水管道上的旁路阀，使冷却水全部通过本发明装置。

4)当出现氢气泄漏时，由于氢气在水中的溶解度极低，由于重力作用，冷却水向下随出口流出，氢气逐渐上升，在上部集聚，在氢气压力作用下，罐体内冷却水液位下降，此时液位计水位下降；触发报警，若氢气继续集聚，打开排气阀，排出氢气，对压缩机进行维修处理，排除故障；

5)重复上述操作，继续监测。

实施例2：

本实施例2是在实施例1的基础上进行的改进，对往复式压缩机冷却水氢气泄漏的监测引入了智能控制系统，该实施例在前一个实施例的基础上增加了控制回路14，且所选液位计7为浮筒液位计，所选顶部排气阀10为气动调节阀，控制回路14分别连接浮筒液位计和气动调节阀，通过液位计给出的输出值触发报警，并可以在氢气继续集聚的情况下自动控制气动调节阀门开度以便及时排出集聚的氢气，实现自动化的控制和管理。

本实施例往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器的使用方法，包括以下步骤：

1)将往复式压缩机冷却水出口与罐体进水口连接；

2)关闭出水口阀门，打开进水口阀门，打开排气阀，冷却水进入罐体，同时对输水管道、罐体以及液位计中气体进行排空；

3)待冷却水装满罐体以及气/水界面检测室时，液位计水位处于灌满状态，关闭排气阀，打开出水口阀门；

缓慢关闭本发明装置在冷却水出水管道上的旁路阀，使冷却水全部通过本发明装置。

4)设定标准液位值50％，一旦出现氢气泄漏，液位下降时，液位计向控制回路发出信号，当液位降到设定值时，控制回路通过液位计的输出值控制气动调节阀开度；

5)对压缩机进行维修处理，排除故障。

本发明中所述的具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。除氢气外，凡是具备在水中溶解度小的气体均可使用该监测器进行泄漏检测。

Claims (10)

1.一种往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于，包括罐体、气/水界面检测室和液位计，所述罐体设有进水口和出水口，所述气/水界面检测室位于罐体顶部，与罐体相通，气/水界面检测室顶部连接排气阀，所述液位计与气/水界面检测室相通。

2.如权利要求1所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述罐体利用隔板分开，分为进水侧和排水侧，隔板不完全封闭，下部连通两侧，所述进水口位于进水侧侧壁，出水口位于排水侧侧壁，所述气/水界面检测室位于罐体进水侧顶部。

3.如权利要求2所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述气/水界面检测室结构为倒漏斗型。

4.如权利要求3所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述液位计与气/水界面检测室有两个连接点，液位计下端连接气/水界面检测室侧壁下端，液位计上端连接点距离排气阀5～50cm。

5.如权利要求1所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述进水口处设有进水挡板。

6.如权利要求2所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述出水口位置低于进水口位置，高于隔板底端位置。

7.如权利要求2所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述隔板下缘与罐体底部所围截面积为进水口截面积的2-4倍。

8.如权利要求1-7任一所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于所述液位计为界面计。

9.如权利要求1-7任一所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器，其特征在于还包括控制回路，所述排气阀为气动调节阀，所述液位计为浮筒液位计，所述控制回路分别连接浮筒液位计和气动调节阀，根据液位计给出的液位信号值自动控制气动调节阀门开度。

10.基于权利要求9所述的往复式压缩机冷却水氢气泄漏在线监测器的应用方法，其特征是，包括以下几个步骤：

1)本发明装置安装于往复式压缩机冷却水出口管线，本发明装置进水口设置于管道流向上游，出水口设置于管道流向下游，对本发明装置设置旁路阀，旁路阀在投用过程中处于常闭状态，投用前处于打开状态；

2)将往复式压缩机冷却水出口与罐体进水口连接；

3)关闭出水口阀门，打开进水口阀门，打开排气阀，冷却水进入罐体，同时对输水管道、罐体以及液位计中气体进行排空；

4)待冷却水装满罐体以及气/水界面检测室时，关闭排气阀，打开出水口阀门，此时液位计水位处于灌满状态；

5)缓慢关闭旁路阀，使冷却水全部通过本发明装置；

6)设定标准液位值，一旦出现氢气泄漏，当液位降到设定值时，发出报警信号，若需排出集聚的氢气，控制回路通过液位计的液位信号值控制气动调节阀开度将氢气排出；

确认氢气泄漏至冷却水侧后，对压缩机进行维修处理，排除故障。