天然氣往復式壓縮機典型故障分析

李文洪

摘 要：隨著壓縮機行業不斷發展，壓縮機扮演著舉足輕重的角色，應用也越來越廣泛，主要應用于輸氣、注氣、氣舉、集氣和煤層有害氣體收集等。為此能夠提高產量，降低設備故障發生頻率和抑制重大設備事故發生是重之又重，本文就蘇里格長慶油田采氣廠使用的往復式壓縮機，在其檢修中經常發生的動力活塞環和氣閥失效故障進行專門分析，希望能夠提高設備的應用效率。

關鍵詞：往復式壓縮機；動力缸活塞環；氣閥失效；故障分析；解決措施。

一、引言

蘇里格氣田采氣廠作為我國天然氣供應的主力軍，天然氣的采氣和集輸顯得尤為重要，主要采用往復式壓縮機作為增壓的動力源，將井口采集出來的天然氣進行多級壓縮進行輸送，以滿足下游用戶的用氣量。

天然氣往復式壓縮機作為天然氣增壓的主要設備，其故障率將直接影響設備產出量和設備的運行成本，設備的故障分析和研究將是降低運行成本和延長使用壽命的主要課題。本文以成都壓縮機廠生產的ZTY-470型設備為例進行分析。

二、典型故障

1動力缸活塞環失效

1.1活塞環簡介

活塞環作為動力部分核心組件之一，主要起到密封氣體的作用。ZTY-470機組動力活塞環由四道環組成，其中缸頭端三道環主要密封動力缸內燃燒的氣體，曲軸端屬于第四道環主要作用是將動力缸內壁多余的潤滑油刮走，并形成一層薄薄的油膜來保護動力缸缸體不受到磨損。

1.2活塞環失效原因分析

經過對動力缸總成部分拆解發現缸頭端第一道活塞環已經完全斷裂，其中第二道、第三道環已經完全卡死，活塞裙部有一層已經碳化的機油（如圖1），分析導致活塞環失效原因有以下幾點：

（1）氣體在燃燒過程中不充分，形成積碳附著在活塞及活塞環表面，導致缸頭端第二和第三道活塞環斷裂和卡死（如圖2），同時也是導致機組負載降低的重要原因之一。

圖1 活塞端部積碳、斷裂活塞環 圖2 動力活塞簡圖

（2）活塞環在維修安裝過程中沒有按照技術規范要求進行安裝，常見的是安裝方向錯誤，開口間隙和側隙不符合規范。

（3）活塞裙部機油炭化常見原因是動力缸潤滑油量過大，導致活塞環不能將多余部分完全刮走，從而導致機油在高溫下碳化附著在活塞表面。

1.3解決方案

1.3.1燃料氣凈化處理

天然氣主要成分是甲烷，由于氣體在輸送過程攜帶了大量水分和粉塵，如果沒有經過處理，直接參與燃燒，將會產生大量積碳，并伴有“敲缸”現象，同時對缸體的磨損程度增加。只有在燃料電磁閥端增加油水分離器和粉塵過濾器，并定期更換粉塵過濾器濾芯才能從根本上解決（如圖3）。

圖3 燃料氣凈化流程

1.3.2強化安裝工藝要求

活塞環安裝必須嚴控執行安裝工藝要求，如活塞缸頭端前三道必須將有安裝標志的一面朝向缸頭端，活塞裙部的一道環必須朝向曲軸端，前三道環相互交叉120度，如果前三環開口在同一個位置將導致燃燒室密封不嚴。同時嚴格控制活塞環開孔間隙，間隙過大，不能再活塞表面形成油膜；間隙過小不能將多余潤滑油刮走，導致潤滑油參與燃燒，在排氣口形成積碳，對排期形成阻力，導致燃燒的廢氣不能完全排出。活塞開口間隙及側隙要求（如表1）

開口間隙 側 隙

第一道環 3.86-4.09 0.25-0.32

第二道環 3.61-3.84 0.25-0.32

第三道環 3.61-3.84 0.20-0.27

第四道環 3.61-3.84 0.20-0.27

表1 活塞環安裝間隙（單位：毫米）

1.3.3 動力缸潤滑油量控制

合適的氣缸潤滑油油量和型號是根據具體現場多年操作經驗而得到的，許多因素如燃料氣、工況等對所需的潤滑油量和性能有很大的影響，正常情況下，每個動力缸每天消耗3.4升，這一消耗量是動力缸最大消耗量。

過量的潤滑油是不經濟的，也是造成積碳的重要原因。

2氣閥失效

2.1氣閥簡介

氣閥作為壓縮機的心臟，通過控制氣體的單向流動對氣體介質起到吸氣和排氣的作用，從而到達壓縮氣體介質的目的。基本構造如圖4：

圖4 氣閥結構圖 圖5 閥片被液擊損壞

2.2 氣閥失效原因分析

經過現場拆解下來的氣閥發現氣閥已經嚴重損壞（如圖5），大致原因有以下幾點：（1）長期超負荷高溫高壓運行，造成閥片疲勞磨損是導致氣閥失效主要原因；（2）氣閥彈簧磨損或是彈力不夠，將使進氣閥和排氣閥不能正常關閉和打開；（3）被壓縮介質中含有水或其他粉塵等雜質，介質中粉塵在高壓附著在閥片和閥座的密封表面，閥片高速運動撞擊在閥座上，從而損壞密封面；（4）油粘滯通常也是氣閥失效的重要原因，從損壞氣閥拆解發現閥片表面布滿機油，經分析是由于潤滑油過大導致產生液擊和油粘滯導致（如圖5）。

2.3氣閥失效解決方案

2.3.1控制負載

增加設備負載，氣閥磨損也相對增加，使用壽命也也相對降低，要求一級排氣最高限制為3.36MPa，二級排氣限制3.675MPa。

2.3.2 定期檢查氣閥

氣閥彈簧及閥片屬于易磨損零部件，使用一段時間應及時檢查更換，特別是閥座彈簧，一旦彈力失效，將加劇閥門和緩沖片的損壞。

2.3.3 控制壓縮介質潔凈度

壓縮介質的潔凈度將直接影響氣閥使用壽命，只有在進氣口前端加裝過濾器和油水分離器，將介質中的雜質和水分分離干凈，才能有效防止氣閥受損，延長使用壽命。

2.3.4 選擇抗油粘滯性好的氣閥也是控制氣閥有效措施。

三、結束語

為了提高壓縮機的運行效率，節約運行成本，對于頻發的故障進行分析，找到故障根本原因，防止同類故障再次發生，屬于我們現目前設備運行中比較重要的一項工作，本文就往復式壓縮機動力缸活塞環故障和氣閥失效做了專門分析，希望能為往復式壓縮機故障解決提供一些參考。

參考文獻：

[1]DPC-2803/2804 技術手冊： 10-15.

[2]ZTY470 技術手冊： 9-10.

[3]ZTY630 技術手冊： 9-10.