氫氣壓縮機(jī)的故障分析和維修探究

張 亮

（中國石油撫順石化乙烯化工廠， 遼寧 撫順 113004）

氫氣壓縮機(jī)在石油化工生產(chǎn)中占有十分重要的地位，有著制造精度高，工藝條件復(fù)雜，運(yùn)行條件苛刻，維護(hù)維修技術(shù)要求高等特點(diǎn)［1］。撫順石化乙烯廠乙烯裝置氫氣壓縮機(jī) GB303A是由法國BURTON CORBLIN公司生產(chǎn)的D124 HG 2/5型隔膜式壓縮機(jī)。屬于撫順乙烯廠的關(guān)鍵設(shè)備。該設(shè)備至1991年9月投用至今，故障率逐年上升，維修費(fèi)用增加，而且一旦出現(xiàn)故障將會影響到聯(lián)合裝置下游的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理

GB303A是兩級隔膜式往復(fù)壓縮機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動，通過皮帶帶動飛輪及曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸通過安裝在偏心軸頸上的連桿提供往復(fù)運(yùn)動，連桿另一端通過十字頭銷與十字頭相連，十字頭在中間滑道中運(yùn)動，液壓活塞安裝在十字頭上，活塞在液壓缸內(nèi)運(yùn)動，并用活塞環(huán)密封，活塞使固定體積的液壓油箱對膜片組前后脈動，液壓油使膜片組壓向氣壓缸頭，使氣體得到壓縮。

1.1 基本組成

基本組成如圖1。

圖1 壓縮機(jī)組成Fig.1 Structure of the compressor

1.2 壓縮機(jī)基本參數(shù)

基本參數(shù)如表1。

1.3 運(yùn)行中的主要問題

GB303A潤滑油壓力正常在2.5~6 kg/cm2，聯(lián)鎖值2.06 kg/cm2。但隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時間的延長，潤滑油壓力也隨著降低，冬季運(yùn)行油壓可以在正常范圍內(nèi)，但夏季運(yùn)行油壓接近聯(lián)鎖值。之前也經(jīng)過多次維修，更換了軸瓦，主油泵，小端襯套等主要部件，而且也更換了換熱面積更大的潤滑油冷卻器，但問題沒有根本解決。同時，雨天皮帶打滑，冬天電機(jī)超載跳閘，出口氫氣溫度也出現(xiàn)了高溫聯(lián)鎖的情況。針對GB303A運(yùn)行中存在的問題，我們成立了攻關(guān)小組，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

表1 GB303主要參數(shù)Table 1 GB303A main parameters

2 故障及原因分析

2.1 潤滑油系統(tǒng)故障分析

常出現(xiàn)的問題是潤滑油壓力低，正常生產(chǎn)時，潤滑油從油箱中一級過濾器到外部潤滑油冷卻器再到主油泵，二級過濾器，在二級過濾器后分三股，一股去油壓表和聯(lián)鎖信號線，另一股為大頭瓦小端襯套提供潤滑，第三股通過補(bǔ)償泵補(bǔ)充到由于活塞和油壓限制器泄漏的液壓油。主油泵后有油壓調(diào)節(jié)閥，多余的潤滑油由此泄出到油箱，從油壓限制器排出的潤滑油也被引入油箱。

2.1.1 故障分析［2］

首先利用故障樹模型進(jìn)行分析如圖2。

圖2 潤滑油壓力低事故樹分析Fig.2 lubrication oil pressure analysis tree chart

從上面的分析可以看出，主油泵故障，壓力表故障和連鎖儀表故障是最明顯的最容易排除的故障。在排除A，B，C故障之后，對1，2，3問題進(jìn)行了細(xì)致分析，對軸瓦間隙進(jìn)行了測繪，更換了不合格的軸瓦，對活塞環(huán)間隙進(jìn)行精確測量（表2），保證相關(guān)間隙在正常的范圍，從而排除了由于軸瓦間隙過大導(dǎo)致的潤滑油壓力低的可能

表2 間隙標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測值的對比Table 2 the gap standard value and the actual value comparison

2.1.2 潤滑油油路系統(tǒng)故障及處理小結(jié)

首先對油路系統(tǒng)各個靜密封點(diǎn)進(jìn)行了檢查，更換了可能泄漏的油路管線和管件，同時對潤滑油壓力調(diào)節(jié)旋紐重新整定，消除了潤滑油油路系統(tǒng)漏油導(dǎo)致潤滑油壓力降低的可能。為了消除潤滑油冷卻器泄漏的可能，我們重新對油冷卻器進(jìn)行打壓，沒有發(fā)現(xiàn)潤滑油冷卻器泄漏。

由于潤滑油管路中主油泵之前的油路系統(tǒng)在壓縮機(jī)正常運(yùn)行時是負(fù)壓狀態(tài)，其是否漏氣相對比較難判斷，我們重新對各個靜密封點(diǎn)進(jìn)行把緊，對可能泄漏的管件進(jìn)行了更換，從而消除了由于潤滑油管路系統(tǒng)漏氣造成的潤滑油壓力波動及潤滑油低壓聯(lián)鎖。

對潤滑油的品質(zhì)問題，我們詳細(xì)地核對了潤滑油的牌號，對潤滑油品質(zhì)進(jìn)行檢測，金屬離子，雜質(zhì)和水含量都在正常范圍內(nèi)。

潤滑油中的不凝氣含量超標(biāo)也將造成潤滑油壓力波動

［4］，我們對潤滑油低壓聯(lián)鎖后的壓縮機(jī)油路系統(tǒng)拆檢發(fā)現(xiàn)，二級濾網(wǎng)腔和潤滑油冷卻器中都有少量空隙，這說明油路系統(tǒng)有不凝氣在此聚集。在壓縮機(jī)運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)有時油壓波動，停機(jī)重啟后潤滑油壓力恢復(fù)正常。這是由于在開機(jī)時用手搖打壓泵將油路系統(tǒng)的不凝汽強(qiáng)制排除所致。對不凝汽的產(chǎn)生，分析原因：一是正常的溶解空氣，二是由一二段油壓限制器回油和油壓調(diào)節(jié)旋鈕回油沖擊油箱中的潤滑油所形成的空氣泡沫被吸入到潤滑油管路聚集所致。針對此問題，我們延長了一二段油壓限制器回油管，并將排出方向指向潤滑油過濾器吸入口的遠(yuǎn)端，避免了沖擊的空氣泡沫被吸入到潤滑油管路而造成潤滑油壓力波動或低壓聯(lián)鎖。

通過以上措施，壓縮機(jī)低油壓的問題得到了根本解決。GB303A潤滑油油壓保持在3.5 kg/cm2，經(jīng)過3個月的運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有發(fā)生低油壓事故。

2.2 皮帶打滑和超載跳閘故障分析

GB303A所用的三角皮帶界面為梯形（圖3），其工作面是兩個側(cè)面，由于界面的楔形效應(yīng)，摩擦力較大，能傳遞較大的功率，且傳送帶有一定的彈性，可緩沖沖擊和吸收振動，過載時皮帶在輪上打滑，可防止損壞其他零件。但是由于打滑，皮帶將強(qiáng)烈發(fā)熱，迅速磨損，并且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降，壓縮機(jī)將跳閘停車，同時皮帶打滑加劇了其疲勞損壞，如脫層，撕裂或拉斷等。［3］GB303A皮帶的使用壽命一般為3個月左右，同時也出現(xiàn)過撕裂反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

圖3 GB303A曲軸圖示Fig. 3 The Crankshaft of GB303

為徹底排查消除皮帶打滑對壓縮機(jī)運(yùn)行的影響，我們對皮帶和皮帶輪進(jìn)行檢查：皮帶使用的是C3251型皮帶，質(zhì)量合格。對電機(jī)側(cè)皮帶輪檢測時發(fā)現(xiàn)，輪槽由于長期摩擦產(chǎn)生磨損凹陷，使得三角皮帶的工作面發(fā)生了變化，由以前的兩側(cè)變?yōu)榈撞?，摩擦力減小，所傳遞的有效功率下降，造成皮帶打滑和壓縮機(jī)跳閘。我們重新定制了符合標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)側(cè)皮帶輪，為防止雨天皮帶打滑，除了根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整皮帶的松緊外，還對壓縮機(jī)加裝了防雨棚。經(jīng)過兩年的實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，皮帶打滑沒有再發(fā)生過，皮帶的使用壽命可達(dá)到 10個月。更換后的舊皮帶也只是包封層有磨損，壓縮層和強(qiáng)力層損壞輕微。超載跳閘的問題，在排除曲軸箱內(nèi)部構(gòu)件故障后，我們發(fā)現(xiàn)皮帶過緊或?qū)χ胁缓茫攵瑲鉁伢E降都將使皮帶過緊，需要做和夏季不同的調(diào)整。

2.3 壓縮機(jī)出口溫度導(dǎo)致高溫連鎖停車

我們定期對壓縮機(jī)出口冷卻器進(jìn)行清洗，并將壓縮機(jī)一二段氣板的冷卻水由原先的串聯(lián)改為現(xiàn)在的并聯(lián)，使二段氣板的入口冷卻水溫度由原先的45 ℃下降到現(xiàn)在的23 ℃，使氫氣出口溫度由原先的 73 ℃下降到現(xiàn)在的 68 ℃，消除了壓縮機(jī)出口高溫聯(lián)鎖的故障。

3 結(jié) 論

通過對壓縮機(jī)上述3種主要故障的分析，通過結(jié)垢原理分析，故障樹分析等手段基本找到了事故原因并確定了維修策略。

（1）潤滑油低壓聯(lián)鎖主要原因是軸瓦間隙超過設(shè)計(jì)值，增大了潤滑油的泄漏量，潤滑油系統(tǒng)管線漏氣，造成潤滑油壓力波動和潤滑油低壓聯(lián)鎖，通過更換軸瓦和對油路查漏換管線找準(zhǔn)了問題的關(guān)鍵。

（2）皮帶打滑的主要原因是電機(jī)側(cè)皮帶輪輪槽由于長期摩擦產(chǎn)生磨損凹陷，使得三角皮帶的工作面發(fā)生了偏移，雨天皮帶帶水摩擦力減小，通過更新皮帶輪抓住了問題的關(guān)鍵，效果也比以往單純更換皮帶而收效甚微要好的多，既增加了運(yùn)行周期和穩(wěn)定性，又降低了維護(hù)費(fèi)用。

（3）出口溫度高的問題的解決更加具有創(chuàng)造性，抓住問題的關(guān)鍵大膽革新，改變也由于原設(shè)計(jì)的不足，在不影響壓縮機(jī)的功效的情況下提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性保障了下游裝置的運(yùn)行。

對壓縮機(jī)故障診斷是一項(xiàng)包含了在線監(jiān)測，故障診斷，統(tǒng)計(jì)概率等各種學(xué)科的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。在實(shí)際生產(chǎn)中只要利用好其中一項(xiàng)，抓住問題關(guān)鍵就能對氫氣壓縮機(jī)及同類設(shè)備的故障分析和維修提供有力的支持。［5］在壓縮機(jī)檢修中要堅(jiān)持用數(shù)據(jù)說話代替用經(jīng)驗(yàn)說話，每一個環(huán)節(jié)都要仔細(xì)認(rèn)真分析，防止問題潛藏在被排除項(xiàng)里；遵守修必修好的原則，對不負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)要求的備件要徹底更換，避免出現(xiàn)反復(fù)無效維修和維修低標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ 尹洪福.過程裝備管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］ 羅百輝．制造企業(yè)設(shè)備管理工作現(xiàn)狀與對策[OL].中國設(shè)備網(wǎng)，2009：2-23．

［3］ 蘇杭.機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［4］ 徐敏.設(shè)備故障診斷手冊[M]．西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

［5］ 黃文虎，夏松波，劉瑞巖.設(shè)備故障診斷原理、技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，1997.