往復式天然氣壓縮機故障原因分析

摘要：對天然氣處理站往復式壓縮機日常運行中產生的故障進行了詳細的闡述，并結合生產運行實際案例進行原因分析，提出了相應的解決方案、措施和建議，為處理站壓縮機的正常、安全運行提供了有力的保證。

關鍵詞：壓縮機 故障 原因分析 措施

壓縮機是天然氣處理站的主要設備，擔負著對不同壓力來氣的壓縮任務，也是后續(xù)深冷裝置有充足氣源的有力保證。目前，處理站共有七臺往復式壓縮機，其中兩臺進口壓縮機和三臺直輸壓縮機用于深冷壓縮，另外兩臺增壓機用于港滄線增壓輸送，下面對壓縮機日常運行中的故障進行闡述并結合實際案例對故障原因進行詳細分析。

1 氣閥故障

氣閥是往復式壓縮機最關鍵的部位之一，它的性能不僅關系到往復壓縮機的可靠性，而且對設備的功耗和效率有明顯的影響。據統(tǒng)計，因氣閥損壞引起的機組停車占非計劃停車的40%以上[1]，而引起氣閥故障的原因主要有以下幾方面：

1.1 潤滑的影響

在壓縮機實際運行中為了達到良好的潤滑目的，一般情況下注油量都比較大，尤其是在壓縮機大修后為了保證氣缸和活塞有良好的潤滑注油量會更大。但實際運行中過量的潤滑油又會局部聚集在活塞環(huán)后面的槽中，并在壓縮溫度影響下變稠和炭化，這樣容易導致活塞環(huán)在槽中被卡死?？ㄋ赖幕钊h(huán)降低了活塞和氣缸之間的氣密性，同時過量的潤滑油有可能被泄漏的氣體攜帶至活塞另一端污染排氣閥。又由于排氣閥溫度較高，潤滑油易在此易焦化并形成“積碳”，這將導致氣閥不能嚴密關閉，使排氣量顯著降低，致使壓縮機消耗功增加，加快氣閥閥片的磨損和損壞，從而引起氣閥故障。

1.2 閥片故障

閥片是氣閥的關鍵部件，壓縮機閥片失效的主要形式是變形與折斷，故障的閥片不能保證氣體通道的正常開啟與閉合，因此會造成氣體泄漏與回流；碎裂的閥片將引起復雜的振動，碎片進入氣缸將對活塞、氣缸等部件造成嚴重的破壞，具體原因如下：①彈簧失效或銹蝕。彈簧的失效，引起了閥片工況的變化，閥片受力不均，開啟、閉合沖擊變大，最容易使閥片在短時間內造成變形和斷裂。②由于來氣中會含有微小的固體顆粒雜志，它們在壓縮機高壓氣流的推動下猛烈撞擊閥片，易造成閥片損壞。③對于天然氣壓縮機來說，由于壓縮介質天然氣是多種成分的混合氣體，其中的水蒸汽及硫化物是產生閥片腐蝕的主要原因。

1.3 彈簧故障

彈簧是氣閥中最易損壞的零部件之一，它的性能好壞直接決定了一個氣閥的使用壽命，氣閥的彈簧主要有以下兩方面故障：①彈簧失效引起彈性變化。彈簧失效后會使閥片停留在升程限制器上的時間延長，將在活塞更接近止點位置或氣流速度更低時才開始關閉，甚至活塞已到達止點閥片仍未回到閥座上，造成關閉滯后。此時，活塞已經開始了壓縮行程，使吸入的氣體回竄，不僅減少了排氣量，同時閥片在彈簧力和竄出氣流的共同作用下撞向閥座，造成嚴重敲擊，噪聲變大，并且使得閥片和閥座損壞加劇。②彈簧質量問題及選擇不當。彈簧斷裂，可引起復雜的振動，閥片運動卡滯，以及閥片受力不均造成閥片斷裂等。新舊彈簧混用也會因為彈簧的彈力不均導致閥片受力不均造成氣閥損壞。

2 活塞環(huán)故障

活塞環(huán)的密封是阻塞密封和節(jié)流密封的組合，對往復式壓縮機，它還有均布潤滑油和導熱的作用。在設備的實際運行中活塞環(huán)經常出現(xiàn)如下故障：

活塞環(huán)在環(huán)槽內間隙不合適。活塞環(huán)在環(huán)槽內的間隙過小，當氣缸內溫度上升時容易出現(xiàn)潤滑油結焦或活塞環(huán)變形而導致活塞環(huán)漲死在環(huán)槽內失去密封作用；由于活塞環(huán)長時間運行對活塞環(huán)磨損嚴重造成環(huán)槽間隙過大，環(huán)在槽內產生敲擊易損壞，同時也不能得到很好的密封作用。

活塞環(huán)不能起到密封作用的主要表現(xiàn)形式為[2]：①該級排氣溫度升高；②該級排氣壓力降低；③壓縮機排氣量下降。

為此，選配合適的活塞環(huán)是非常重要的，不只是在材質方面要求具有足夠的耐磨性，而且對環(huán)的彈性，硬度以及活塞環(huán)切口的角度等各方面都應該有足夠考慮。

3 機組振動

往復式壓縮機的振動直接影響著它的安全運行。強烈的振動會使機身、管道及與之相連的構件產生疲勞破壞，甚至影響主機正常運轉。引起壓縮機機組和管路振動的原因通常有以下兩方面：①由于管內流體參數(shù)隨時間和位置做周期性的變化產生的氣流脈動；②由管道系統(tǒng)形成的共振；③由于機組安裝問題造成的自身振動[3]。處理站所用壓縮機均存在不同程度的振動，尤其以港滄線增壓機比較明顯?？梢詮囊韵聨追矫孀鲞m當工作來降低振動[4]：①降低管道振動首先要降低振動源的振動，要求壓縮機廠家提供的壓縮機其出口壓力不均勻度要在許用范圍之內，降低機體本身的振動。②氣體脈動是往復式壓縮機進出口管道振動的主要原因，降低氣流脈動是壓縮機管道設計的主要任務。最有效的防振方法是：a增加足夠大容積的緩沖罐；b在緩沖罐出口處加限流孔板；c增大管徑；d用足夠強度的U形卡支架固定管道，降低不平衡力引起的振動。

4 案例分析

2009年5月16日凌晨三點左右，天然氣處理站K-610A壓縮機三級排氣溫度突然升高至133℃，而排氣壓力突然降至2.81MPa，之后操作工迅速手動停機對三級氣缸進行拆檢發(fā)現(xiàn)一排氣閥完全損壞、活塞環(huán)斷裂并變形，氣閥全部彈簧斷裂，氣閥的螺母和螺栓都已脫落，從升程限制器上掉下的金屬塊（長5cm，寬2cm）把氣缸端面、氣缸鏡面和活塞端面嚴重磨損，活塞出現(xiàn)一道明顯裂紋，如果不及時停機可能徹底損壞壓縮機氣缸，甚至發(fā)生事故。

原因分析：通過結合以上幾方面的故障原因分析和壓縮機三段氣缸現(xiàn)場拆檢情況，并查看中控室微機中壓縮機各參數(shù)曲線得知，此次事故主要是由于壓縮機長時間運行造成氣閥中的彈簧、閥片等易損件疲勞斷裂造成，具體原因為：

①另一備用機要進行大修工作所以此壓縮機連續(xù)運行時間過長，氣閥中的彈簧、閥片等易損件出現(xiàn)疲勞斷裂，之后導致閥片受力不均，閥片在閥座和升程限制器之間振動變大直至損壞。

②由于高壓氣流沖擊導致氣閥螺母和螺栓脫落，而掉落下來的螺母、氣閥彈簧、閥片和部分金屬塊在高速氣流的沖擊下又造成升程限制器、氣缸端面、活塞端面及氣缸鏡面遭到嚴重損壞。

③由于沖擊造成的劇烈運動及不平衡性使活塞桿受力不均、同心度不夠，致使活塞在氣缸中產生較大振動直至損壞并出現(xiàn)裂紋，這使得氣缸密封性能急劇下降，所以有高溫氣體反串至氣缸另一端致使?jié)櫥徒够⒒钊h(huán)變形，最后活塞環(huán)也被卡死在活塞環(huán)槽內并產生變形和斷裂。

5 小結

往復式壓縮機是一種系統(tǒng)龐大、結構復雜的運轉設備，在運行中容易出現(xiàn)各種不同的故障，但關鍵要在以下幾方面做好壓縮機的維護保養(yǎng)工作：

①嚴格遵守操作規(guī)程啟、停車，加強日常巡檢和備用配件的管理。

②有針對性地對壓縮機易損部件進行定期檢修和合理維護。

③在進行例行保養(yǎng)或維修時如果某一氣閥出現(xiàn)問題，應對氣閥全部易損件進行檢查和更換，并測試閥片的密封性能是否良好，同時對該氣缸其余氣閥進行全面檢查和測試。

④提高維護工程師、操作工及維修人員的整體水平。

參考文獻：

[1]殷瑞民.往復式壓縮機氣閥維護技術[J].河南化工，2003（10）.

[2]王柏輝，吳健.往復式壓縮機的維護與故障分析[J].甘肅科技，2008年11月，第24卷第22期.

[3]赫沐羽.往復式壓縮機管系振動與控制措施[J].油氣地面工程，2003，22（9）：84.

[4]于成龍，魏彥，胡曉明.往復式壓縮機系統(tǒng)的管道振動分析[J].中國造船，2007年11月，48卷增刊.

作者簡介：

宋柯楠（1987-），男，設備管理主辦，本科，主要從事天然氣凈化處理和設備管理工作。