天然氣往復(fù)式壓縮機(jī)典型故障分析

李文洪

摘 要：隨著壓縮機(jī)行業(yè)不斷發(fā)展，壓縮機(jī)扮演著舉足輕重的角色，應(yīng)用也越來越廣泛，主要應(yīng)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(chǎn)量，降低設(shè)備故障發(fā)生頻率和抑制重大設(shè)備事故發(fā)生是重之又重，本文就蘇里格長慶油田采氣廠使用的往復(fù)式壓縮機(jī)，在其檢修中經(jīng)常發(fā)生的動(dòng)力活塞環(huán)和氣閥失效故障進(jìn)行專門分析，希望能夠提高設(shè)備的應(yīng)用效率。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī)；動(dòng)力缸活塞環(huán)；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(yīng)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(fù)式壓縮機(jī)作為增壓的動(dòng)力源，將井口采集出來的天然氣進(jìn)行多級(jí)壓縮進(jìn)行輸送，以滿足下游用戶的用氣量。

天然氣往復(fù)式壓縮機(jī)作為天然氣增壓的主要設(shè)備，其故障率將直接影響設(shè)備產(chǎn)出量和設(shè)備的運(yùn)行成本，設(shè)備的故障分析和研究將是降低運(yùn)行成本和延長使用壽命的主要課題。本文以成都?jí)嚎s機(jī)廠生產(chǎn)的ZTY-470型設(shè)備為例進(jìn)行分析。

二、典型故障

1動(dòng)力缸活塞環(huán)失效

1.1活塞環(huán)簡介

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

1.2活塞環(huán)失效原因分析

經(jīng)過對(duì)動(dòng)力缸總成部分拆解發(fā)現(xiàn)缸頭端第一道活塞環(huán)已經(jīng)完全斷裂，其中第二道、第三道環(huán)已經(jīng)完全卡死，活塞裙部有一層已經(jīng)碳化的機(jī)油（如圖1），分析導(dǎo)致活塞環(huán)失效原因有以下幾點(diǎn)：

（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(huán)表面，導(dǎo)致缸頭端第二和第三道活塞環(huán)斷裂和卡死（如圖2），同時(shí)也是導(dǎo)致機(jī)組負(fù)載降低的重要原因之一。

圖1 活塞端部積碳、斷裂活塞環(huán) 圖2 動(dòng)力活塞簡圖

（2）活塞環(huán)在維修安裝過程中沒有按照技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行安裝，常見的是安裝方向錯(cuò)誤，開口間隙和側(cè)隙不符合規(guī)范。

（3）活塞裙部機(jī)油炭化常見原因是動(dòng)力缸潤滑油量過大，導(dǎo)致活塞環(huán)不能將多余部分完全刮走，從而導(dǎo)致機(jī)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(jīng)過處理，直接參與燃燒，將會(huì)產(chǎn)生大量積碳，并伴有“敲缸”現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)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(qiáng)化安裝工藝要求

活塞環(huán)安裝必須嚴(yán)控執(zhí)行安裝工藝要求，如活塞缸頭端前三道必須將有安裝標(biāo)志的一面朝向缸頭端，活塞裙部的一道環(huán)必須朝向曲軸端，前三道環(huán)相互交叉120度，如果前三環(huán)開口在同一個(gè)位置將導(dǎo)致燃燒室密封不嚴(yán)。同時(shí)嚴(yán)格控制活塞環(huán)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(dǎo)致潤滑油參與燃燒，在排氣口形成積碳，對(duì)排期形成阻力，導(dǎo)致燃燒的廢氣不能完全排出。活塞開口間隙及側(cè)隙要求（如表1）

開口間隙 側(cè) 隙

第一道環(huán) 3.86-4.09 0.25-0.32

第二道環(huán) 3.61-3.84 0.25-0.32

第三道環(huán) 3.61-3.84 0.20-0.27

第四道環(huán) 3.61-3.84 0.20-0.27

表1 活塞環(huán)安裝間隙（單位：毫米）

1.3.3 動(dòng)力缸潤滑油量控制

合適的氣缸潤滑油油量和型號(hào)是根據(jù)具體現(xiàn)場(chǎng)多年操作經(jīng)驗(yàn)而得到的，許多因素如燃料氣、工況等對(duì)所需的潤滑油量和性能有很大的影響，正常情況下，每個(gè)動(dòng)力缸每天消耗3.4升，這一消耗量是動(dòng)力缸最大消耗量。

過量的潤滑油是不經(jīng)濟(jì)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(jī)的心臟，通過控制氣體的單向流動(dòng)對(duì)氣體介質(zhì)起到吸氣和排氣的作用，從而到達(dá)壓縮氣體介質(zhì)的目的。基本構(gòu)造如圖4：

圖4 氣閥結(jié)構(gòu)圖 圖5 閥片被液擊損壞

2.2 氣閥失效原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)拆解下來的氣閥發(fā)現(xiàn)氣閥已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞（如圖5），大致原因有以下幾點(diǎn)：（1）長期超負(fù)荷高溫高壓運(yùn)行，造成閥片疲勞磨損是導(dǎo)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(jìn)氣閥和排氣閥不能正常關(guān)閉和打開；（3）被壓縮介質(zhì)中含有水或其他粉塵等雜質(zhì)，介質(zhì)中粉塵在高壓附著在閥片和閥座的密封表面，閥片高速運(yùn)動(dòng)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(fā)現(xiàn)閥片表面布滿機(jī)油，經(jīng)分析是由于潤滑油過大導(dǎo)致產(chǎn)生液擊和油粘滯導(dǎo)致（如圖5）。

2.3氣閥失效解決方案

2.3.1控制負(fù)載

增加設(shè)備負(fù)載，氣閥磨損也相對(duì)增加，使用壽命也也相對(duì)降低，要求一級(jí)排氣最高限制為3.36MPa，二級(jí)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(shí)間應(yīng)及時(shí)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(zhì)潔凈度

壓縮介質(zhì)的潔凈度將直接影響氣閥使用壽命，只有在進(jìn)氣口前端加裝過濾器和油水分離器，將介質(zhì)中的雜質(zhì)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(jié)束語

為了提高壓縮機(jī)的運(yùn)行效率，節(jié)約運(yùn)行成本，對(duì)于頻發(fā)的故障進(jìn)行分析，找到故障根本原因，防止同類故障再次發(fā)生，屬于我們現(xiàn)目前設(shè)備運(yùn)行中比較重要的一項(xiàng)工作，本文就往復(fù)式壓縮機(jī)動(dòng)力缸活塞環(huán)故障和氣閥失效做了專門分析，希望能為往復(fù)式壓縮機(jī)故障解決提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

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