往復(fù)壓縮機(jī)余隙缸液壓油管斷裂故障分析及改進(jìn)方案

陳青松

（中國(guó)石化武漢分公司，湖北武漢430082）

1 機(jī)組簡(jiǎn)介

干氣提濃壓縮機(jī)K8201A、B為4列3級(jí)對(duì)稱平衡式M型壓縮機(jī)，型號(hào)4M32-238/0.07-7.5-13/7.5-28。氣缸為無(wú)油潤(rùn)滑雙作用水冷式，采用雙層布置方案，機(jī)組開(kāi)一備一。機(jī)組主要參數(shù)如表1。

機(jī)組三級(jí)壓縮分布方式如圖1。

2017年2月 ，對(duì)該機(jī)組B機(jī)進(jìn)行改造，增上了余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓油控制余隙缸活塞行程，可實(shí)現(xiàn)氣量60%~100%范圍內(nèi)的無(wú)極調(diào)節(jié)。改造后的余隙缸結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

表1 干氣提濃壓縮機(jī)K8201A、B機(jī)組主要參數(shù)

圖1 干氣提濃壓縮機(jī)組布置簡(jiǎn)圖

圖2 可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖

2 余隙改造后運(yùn)行效果

2017年進(jìn)行余隙改造后，于3月7日開(kāi)機(jī)運(yùn)行，該機(jī)組運(yùn)行電流從160A降至100A左右，功率從1700 kW降低至1100 kW，年可節(jié)電4.8×106 kW。截止到2018年4月5日，該機(jī)組已連續(xù)運(yùn)行9400 h，期間機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，余隙調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)正常。

3 故障過(guò)程現(xiàn)象

2018年4月5日 晚，干氣提濃壓縮機(jī)K8201B前一級(jí)余隙缸液壓油管線發(fā)生斷裂。液壓油泄漏，導(dǎo)致余隙活塞位置不能保持，余隙缸內(nèi)撞擊聲明顯。車間操作人員在發(fā)現(xiàn)報(bào)警后及時(shí)將機(jī)組切換至A機(jī)運(yùn)行。次日停機(jī)檢修K8201B。

經(jīng)檢查，壓縮機(jī)本體無(wú)異常，前一級(jí)余隙缸解體后發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)壁磨損，有鍍層脫落現(xiàn)象；位移傳感器電子倉(cāng)震壞；活塞桿鍍層脫落；密封組中的Y型圈有磨損；活塞桿卡環(huán)磨損，與活塞桿卡槽間隙變大。

4 故障過(guò)程分析

一級(jí)缸控制油管路斷裂后，油缸活塞失去控制油，油缸活塞失去兩側(cè)液壓油“夾持”，余隙活塞則隨著壓縮機(jī)活塞的吸氣、壓縮過(guò)程做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，余隙活塞將直接撞擊余隙缸凸臺(tái)端面或余隙缸蓋，引起較大振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移傳感器被震壞。

4.1 液壓油管線斷裂

液壓油管線為Φ6的儀表管，承壓等級(jí)為16 MPa，液壓油工作壓力13 MPa。該機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，液壓油管線存在振動(dòng)，而該接頭為螺紋頭引出，卡套連接，后接卡套式引壓閥。在螺紋與卡套之間的Φ6管承受整個(gè)管路的振動(dòng)，容易出現(xiàn)疲勞斷裂。

圖3 余隙缸結(jié)構(gòu)圖

4.2 余隙活塞卡環(huán)磨損

該機(jī)一級(jí)進(jìn)氣壓力為0.007 MPa，一級(jí)進(jìn)氣時(shí)，余隙活塞背壓（圖3中C腔）是微正壓（火炬系統(tǒng)壓力），由于壓縮機(jī)入口壓力低和氣體進(jìn)入氣缸經(jīng)過(guò)進(jìn)氣閥時(shí)有一定的壓力損失，一級(jí)氣缸（D腔）內(nèi)極有可能出現(xiàn)負(fù)壓（尤其是在入口氣閥故障、堵塞時(shí)），會(huì)出現(xiàn)余隙活塞向壓縮機(jī)軸側(cè)（圖4中D腔側(cè)）運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；一級(jí)排氣時(shí)，一級(jí)氣缸內(nèi)壓力遠(yuǎn)大于常壓（設(shè)計(jì)排氣壓力0.3 MPa），會(huì)出現(xiàn)余隙活塞向壓縮機(jī)蓋側(cè)（圖中A腔側(cè)）運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。故該余隙缸在正常工作情況下，液壓油在A腔側(cè)只能實(shí)現(xiàn)單方向推力，氣缸側(cè)（D腔側(cè)）則缺少壓力的支撐，不能實(shí)現(xiàn)完全夾持鎖位。余隙缸在這種極低壓力的氣缸端相對(duì)較為“松動(dòng)”。

由于這種“松動(dòng)”的客觀存在，我們懷疑液壓油管沒(méi)有斷裂的后一級(jí)缸也存在卡環(huán)的磨損現(xiàn)象，立即聯(lián)系廠家將后一級(jí)余隙缸拆解檢查，證實(shí)了我們的判斷。后一級(jí)余隙缸活塞桿卡環(huán)存在與前一級(jí)類似的磨損狀態(tài)。后一級(jí)缸卡環(huán)的磨損說(shuō)明了該余隙缸在低壓缸設(shè)計(jì)過(guò)程中使用卡環(huán)連接的方式存在不合理性。

4.3 位移傳感器電子倉(cāng)振壞

液壓油管線斷裂后，余隙缸失去了液壓油的支撐，在氣缸吸氣排氣的交變力作用下來(lái)回震蕩撞擊，將位移傳感器撞擊，最終導(dǎo)致傳感器及電子倉(cāng)、電路板等零件損壞。

5 整改措施方案及建議

5.1 液壓油管線斷裂

液壓油管線斷裂是該事故發(fā)生的直接原因，其主要原因?yàn)橐簤河凸芫€強(qiáng)度不高，配管不合理，需加強(qiáng)液壓油管線接頭的強(qiáng)度。目前采取對(duì)斷裂部位的螺紋接頭和卡套接頭連接后再堆焊一圈的方式進(jìn)行加固。建議廠家配置角型閥直接與液壓缸連接，見(jiàn)圖4，減少管路接頭，可有效避免管接頭的振動(dòng)。

5.2 液壓活塞桿卡環(huán)磨損

活塞桿與余隙缸采用卡環(huán)連接的方式存在缺陷，經(jīng)與廠家協(xié)商溝通后，決定先在該磨損部位增加墊片消除間隙。下次更換活塞桿時(shí)改進(jìn)該活塞桿的連接方式。廠家給的改進(jìn)方案如圖5所示。

將原來(lái)的兩半卡環(huán)改為整體法蘭，該法蘭與活塞桿之間是螺紋聯(lián)接和端部焊接，使得余隙活塞與活塞桿成為剛性的一體，有利于余隙活塞的穩(wěn)定，同時(shí)消除了原來(lái)兩半卡環(huán)與活塞桿之間的配合間隙。原來(lái)活塞桿與油缸活塞是整體，改為螺紋聯(lián)接，并增加防松緊定螺釘。

5.3 液壓油泄漏自保

液壓油泄漏后，余隙活塞不能保持，會(huì)發(fā)生撞擊風(fēng)險(xiǎn)，撞擊產(chǎn)生后如不能及時(shí)停機(jī)會(huì)對(duì)余隙缸造成不可預(yù)估的損失。從鎖住液壓油的方向來(lái)考慮，可考慮在液壓油進(jìn)油缸根部增加單向閥，見(jiàn)圖6，具體實(shí)施方案為：

圖4 液壓油管線與余隙油缸連接整改建議

圖5 廠家改進(jìn)的余隙缸設(shè)計(jì)

圖6 液壓油防泄漏自保改進(jìn)方案

（1）將油站上2個(gè)一級(jí)缸的液控單向閥移到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

（2）在每個(gè)一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)上安裝一個(gè)液壓自保集成塊。

（3）拆卸原油站上2個(gè)一級(jí)手動(dòng)換向閥和相應(yīng)的2個(gè)液控單向閥，改造原三位四通電磁換向閥，將三位四通電磁換向閥改造為三位四通電磁/手動(dòng)一體換向閥。

除此之外，我們可以考慮增加自保聯(lián)鎖停機(jī)，增加液壓油油壓低低聯(lián)鎖停機(jī)的設(shè)計(jì)，這方面需根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行工藝影響評(píng)估。

6 結(jié)語(yǔ)

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)是往復(fù)壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一種方式，其與延時(shí)關(guān)閉氣閥的無(wú)極氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比較互有優(yōu)勢(shì)，值得推廣應(yīng)用。在實(shí)際使用過(guò)程中通過(guò)用戶的反饋和故障分析對(duì)其功能部件和零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不斷提升設(shè)備的可靠性能，可增加其在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。