往复式天然气压缩机故障原因分析

2015-05-30宋柯楠

中小企业管理与科技·上旬刊 2015年5期

摘要：对天然气处理站往复式压缩机日常运行中产生的故障进行了详细的阐述，并结合生产运行实际案例进行原因分析，提出了相应的解决方案、措施和建议，为处理站压缩机的正常、安全运行提供了有力的保证。

关键词：压缩机故障原因分析措施

压缩机是天然气处理站的主要设备，担负着对不同压力来气的压缩任务，也是后续深冷装置有充足气源的有力保证。目前，处理站共有七台往复式压缩机，其中两台进口压缩机和三台直输压缩机用于深冷压缩，另外两台增压机用于港沧线增压输送，下面对压缩机日常运行中的故障进行阐述并结合实际案例对故障原因进行详细分析。

1 气阀故障

气阀是往复式压缩机最关键的部位之一，它的性能不仅关系到往复压缩机的可靠性，而且对设备的功耗和效率有明显的影响。据统计，因气阀损坏引起的机组停车占非计划停车的40%以上[1]，而引起气阀故障的原因主要有以下几方面：

1.1 润滑的影响

在压缩机实际运行中为了达到良好的润滑目的，一般情况下注油量都比较大，尤其是在压缩机大修后为了保证气缸和活塞有良好的润滑注油量会更大。但实际运行中过量的润滑油又会局部聚集在活塞环后面的槽中，并在压缩温度影响下变稠和炭化，这样容易导致活塞环在槽中被卡死。卡死的活塞环降低了活塞和气缸之间的气密性，同时过量的润滑油有可能被泄漏的气体携带至活塞另一端污染排气阀。又由于排气阀温度较高，润滑油易在此易焦化并形成“积碳”，这将导致气阀不能严密关闭，使排气量显著降低，致使压缩机消耗功增加，加快气阀阀片的磨损和损坏，从而引起气阀故障。

1.2 阀片故障

阀片是气阀的关键部件，压缩机阀片失效的主要形式是变形与折断，故障的阀片不能保证气体通道的正常开启与闭合，因此会造成气体泄漏与回流；碎裂的阀片将引起复杂的振动，碎片进入气缸将对活塞、气缸等部件造成严重的破坏，具体原因如下：①弹簧失效或锈蚀。弹簧的失效，引起了阀片工况的变化，阀片受力不均，开启、闭合冲击变大，最容易使阀片在短时间内造成变形和断裂。②由于来气中会含有微小的固体颗粒杂志，它们在压缩机高压气流的推动下猛烈撞击阀片，易造成阀片损坏。③对于天然气压缩机来说，由于压缩介质天然气是多种成分的混合气体，其中的水蒸汽及硫化物是产生阀片腐蚀的主要原因。

1.3 弹簧故障

弹簧是气阀中最易损坏的零部件之一，它的性能好坏直接决定了一个气阀的使用寿命，气阀的弹簧主要有以下两方面故障：①弹簧失效引起弹性变化。弹簧失效后会使阀片停留在升程限制器上的时间延长，将在活塞更接近止点位置或气流速度更低时才开始关闭，甚至活塞已到达止点阀片仍未回到阀座上，造成关闭滞后。此时，活塞已经开始了压缩行程，使吸入的气体回窜，不仅减少了排气量，同时阀片在弹簧力和窜出气流的共同作用下撞向阀座，造成严重敲击，噪声变大，并且使得阀片和阀座损坏加剧。②弹簧质量问题及选择不当。弹簧断裂，可引起复杂的振动，阀片运动卡滞，以及阀片受力不均造成阀片断裂等。新旧弹簧混用也会因为弹簧的弹力不均导致阀片受力不均造成气阀损坏。

2 活塞环故障

活塞环的密封是阻塞密封和节流密封的组合，对往复式压缩机，它还有均布润滑油和导热的作用。在设备的实际运行中活塞环经常出现如下故障：

活塞环在环槽内间隙不合适。活塞环在环槽内的间隙过小，当气缸内温度上升时容易出现润滑油结焦或活塞环变形而导致活塞环涨死在环槽内失去密封作用；由于活塞环长时间运行对活塞环磨损严重造成环槽间隙过大，环在槽内产生敲击易损坏，同时也不能得到很好的密封作用。

活塞环不能起到密封作用的主要表现形式为[2]：①该级排气温度升高；②该级排气压力降低；③压缩机排气量下降。

为此，选配合适的活塞环是非常重要的，不只是在材质方面要求具有足够的耐磨性，而且对环的弹性，硬度以及活塞环切口的角度等各方面都应该有足够考虑。

3 机组振动

往复式压缩机的振动直接影响着它的安全运行。强烈的振动会使机身、管道及与之相连的构件产生疲劳破坏，甚至影响主机正常运转。引起压缩机机组和管路振动的原因通常有以下两方面：①由于管内流体参数随时间和位置做周期性的变化产生的气流脉动；②由管道系统形成的共振；③由于机组安装问题造成的自身振动[3]。处理站所用压缩机均存在不同程度的振动，尤其以港沧线增压机比较明显。可以从以下几方面做适当工作来降低振动[4]：①降低管道振动首先要降低振动源的振动，要求压缩机厂家提供的压缩机其出口压力不均匀度要在许用范围之内，降低机体本身的振动。②气体脉动是往复式压缩机进出口管道振动的主要原因，降低气流脉动是压缩机管道设计的主要任务。最有效的防振方法是：a增加足够大容积的缓冲罐；b在缓冲罐出口处加限流孔板；c增大管径；d用足够强度的U形卡支架固定管道，降低不平衡力引起的振动。

4 案例分析

2009年5月16日凌晨三点左右，天然气处理站K-610A压缩机三级排气温度突然升高至133℃，而排气压力突然降至2.81MPa，之后操作工迅速手动停机对三级气缸进行拆检发现一排气阀完全损坏、活塞环断裂并变形，气阀全部弹簧断裂，气阀的螺母和螺栓都已脱落，从升程限制器上掉下的金属块（长5cm，宽2cm）把气缸端面、气缸镜面和活塞端面严重磨损，活塞出现一道明显裂纹，如果不及时停机可能彻底损坏压缩机气缸，甚至发生事故。

原因分析：通过结合以上几方面的故障原因分析和压缩机三段气缸现场拆检情况，并查看中控室微机中压缩机各参数曲线得知，此次事故主要是由于压缩机长时间运行造成气阀中的弹簧、阀片等易损件疲劳断裂造成，具体原因为：

①另一备用机要进行大修工作所以此壓缩机连续运行时间过长，气阀中的弹簧、阀片等易损件出现疲劳断裂，之后导致阀片受力不均，阀片在阀座和升程限制器之间振动变大直至损坏。

②由于高压气流冲击导致气阀螺母和螺栓脱落，而掉落下来的螺母、气阀弹簧、阀片和部分金属块在高速气流的冲击下又造成升程限制器、气缸端面、活塞端面及气缸镜面遭到严重损坏。

③由于冲击造成的剧烈运动及不平衡性使活塞杆受力不均、同心度不够，致使活塞在气缸中产生较大振动直至损坏并出现裂纹，这使得气缸密封性能急剧下降，所以有高温气体反串至气缸另一端致使润滑油焦化、活塞环变形，最后活塞环也被卡死在活塞环槽内并产生变形和断裂。

5 小结

往复式压缩机是一种系统庞大、结构复杂的运转设备，在运行中容易出现各种不同的故障，但关键要在以下几方面做好压缩机的维护保养工作：

①严格遵守操作规程启、停车，加强日常巡检和备用配件的管理。

②有针对性地对压缩机易损部件进行定期检修和合理维护。

③在进行例行保养或维修时如果某一气阀出现问题，应对气阀全部易损件进行检查和更换，并测试阀片的密封性能是否良好，同时对该气缸其余气阀进行全面检查和测试。

④提高维护工程师、操作工及维修人员的整体水平。

参考文献：

[1]殷瑞民.往复式压缩机气阀维护技术[J].河南化工，2003（10）.