天然氣壓縮機活塞桿、填料環(huán)異常磨損故障分析與修復技術

羅軍，譚麗

(庫爾勒中加天然氣壓縮機技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

天然氣壓縮機活塞桿、填料環(huán)異常磨損故障分析與修復技術

羅軍，譚麗

(庫爾勒中加天然氣壓縮機技術裝備有限責任公司，新疆 庫爾勒 841000)

在天然氣注氣壓縮機組運行過程中,壓縮機活塞桿、填料環(huán)等部件易出現異常磨損現象,造成該類故障的直接原因是活塞桿跳動超差,另外就是新裝配的填料環(huán)磨合不良。為此,通過采用氣缸水平安裝及氣缸支撐整改、外圍管線整改及對中找正、運行工況分析與調整等系列修復技術,成功解決了這些問題,恢復了壓縮機的正常運行。

油氣田;增壓設備;天然氣壓縮機;活塞桿;填料環(huán);磨損;修復

塔中2臺6HOS2-1型天然氣注氣壓縮機組自1999年投入運行以來，多次發(fā)生壓縮機活塞桿、填料環(huán)拉傷事故，雖經多次更換修理，仍未徹底排除故障，致使機組一直不能正常運行。為了查明原因并徹底解決問題，庫爾勒中加天然氣壓縮機技術裝備有限責任公司成立了專業(yè)的技術小組，測量并提取機組的原始數據，應用相關原理、技術，經過多方面綜合整改，較好地解決了活塞桿、填料環(huán)異常磨損的問題。

1 故障分析

由于原機活塞、填料、氣閥等部件都已拆除，許多關鍵的原始數據無法測得，給前期的準備工作及準確分析故障帶來一定的困難。為此，自帶專用檢測工具和設備，按照專業(yè)程序[1，2]逐項檢查壓縮機水平、對中等內容，從最基礎的測量開始展開工作，基本掌握了機組問題所在。

在壓縮機組的安裝要求中，機體水平非常重要，因為所有其他部件的安裝都將以此為基準。從2臺壓縮機機體水平結果來看,都不甚理想， 2#機組機體水平情況相對好一點，其橫向水平在允許范圍之內。機體的橫向水平直接影響氣缸的安裝，較之縱向水平重要得多。同時,機體水平由機組底橇灌漿決定，除了重新進行二次灌漿以外，無法調整。

2#機組的主要問題表現為活塞桿拉傷、填料環(huán)磨損嚴重。 造成該類故障的直接原因是活塞桿跳動超差。另外就是新裝配的填料環(huán)，如果磨合不良，也會導致填料環(huán)磨損，填料泄漏嚴重?；钊麠U跳動首先取決于壓縮機氣缸的水平安裝，其次是十字頭的調整[3,4]。從測量結果看，2#機組氣缸的水平超差，填料環(huán)磨合不良，除了裝配原因之外，運行工況對其也有重要影響。需要說明的是，如果機組運行時振動過大，將會影響機組運行時的各配合間隙，包括活塞桿熱跳動，而對中找正是和機組振動密切相關的。

2 修復技術

現場修復總的原則是：嚴格遵循安裝操作要求,將機組的安裝技術參數盡可能控制在要求的范圍之內, 除去潛在的隱患,從而使機組恢復到正常的工作狀態(tài)[5,6]。另外，在引進塔中2臺6HOS2-1型天然氣注氣壓縮機組時，作為供貨商的美國德萊賽蘭公司在其技術資料中強調，有些工況是不允許運行的。為此，中加公司采用美國德萊賽蘭公司最新版本的計算機程序，對現場運行工況進行了性能復核計算，建議在壓縮機卸荷器加載的情況下，機組轉速應控制在800～820r/min左右，壓縮機進氣壓力應控制在11.5～12MPa。現場人員過去習慣在900r/min左右操作注氣壓縮機組，這次要求予以糾正。

2.1 氣缸水平安裝及氣缸支撐整改

在修復過程中發(fā)現，1#機組和2#機組都存在最嚴重的問題是壓縮機氣缸安裝不水平，其直接原因是兩氣缸頭端支撐錯位嚴重，支撐的地腳螺栓偏離正確位置最大處達12mm。支撐破壞了氣缸的水平，導致活塞桿跳動嚴重超差。對大型往復平衡臥式壓縮機來說，經常會發(fā)生氣缸和氣缸支撐安裝不當的問題，從而導致活塞桿、填料環(huán)、十字頭滑道和十字頭銷等零部件非正常磨損甚至破壞。

當活塞桿、填料環(huán)、十字頭滑道和十字頭銷等零部件非正常磨損甚至破壞或出現問題時，通常是在壓縮機機體內部去尋找原因，但實際上這些問題經常是由壓縮機氣缸支撐系統(tǒng)及其基礎引起的。臥式壓縮機的各部件被設計為嚴格地在同一平行面運行。由于十字頭安裝在機體內，其所在的平面是固定的，所以只能靠正確地安裝氣缸及其支撐和活塞去配合。

壓縮機氣缸都配有某種類型的支撐，這些支撐的作用僅僅是用來承受氣缸遠離機體那一端的重量。任何時候都不能用支撐來調節(jié)氣缸水平。HOS系列機型氣缸所配支撐稱之為“冷支撐”。為了在機器運轉(熱)時或停止(冷)時這些冷支撐基本上都保持或接近其原始位置，可以通過墊片對冷支撐高度稍加調整。氣缸熱支撐在排氣緩沖罐下面，其熱膨脹或熱上升比較大，在機器完全跑熱后必須調整熱支撐，通常是將熱支撐螺栓松開后再擰緊。

調整氣缸水平，首先是要正確安裝氣缸。中體和氣缸的結合面必須清理干凈，確定所有的螺栓孔是清潔干凈的。在結合面涂上一層薄薄的密封膠，但不能妨礙結合面的均勻接觸。安裝氣缸并按規(guī)定力矩擰緊所有螺栓。接著是安裝氣缸支撐。但此時不要緊固支撐螺栓。用水平儀測量十字頭滑道和氣缸孔的水平，二者方向必須一致。正常情況下水平儀讀數結果應該顯示，氣缸孔頭端稍稍偏低。如果結果相反，就說明氣缸安裝不合格，多數是由于結合面上有贓物造成的。用頭端支撐頂絲頂起氣缸，使得氣缸下部與中體之間用0.04mm的塞尺剛好能塞進。用塞規(guī)測量出所需墊片的總量，加入墊片，松開頂絲，緊固支撐螺絲，復測氣缸水平直至合格為止。

圖1 修復后2#機組的氣缸水平及支撐情況 (用0.02mm/200mm水平儀測)

另外，如果氣缸頭端支撐的基板是獨立的，并不是和機組底橇直接連為一體，這樣一來，機組運行時，支撐基板和機組底橇的運動方向可能不一致。在這種情況下，氣缸頭端支撐就有可能拖拽氣缸，這種相反的運動可能導致支撐連接螺栓損壞斷裂等問題。

在實際修復中，對兩氣缸進行重新安裝；而對錯位嚴重的頭端支撐則進行徹底地整改，重新加工制作，現場對焊。同時，原排氣緩沖罐支撐形同虛設,也重新設計加工制作。重新裝配氣缸并調整支撐后，安裝活塞，檢查活塞端隙、十字頭間隙及活塞桿跳動均在要求范圍內(見圖1)。經過檢查，72h試運期間，活塞桿及填料磨合良好。

2.2 外圍管線整改及對中找正

良好的對中找正，是壓縮機組長期平穩(wěn)運行的保證。對中不良，尤其是徑向對中偏差過大，將使機組運行狀態(tài)惡化，其直接表現是運行時機組振動大，長期運行時會導致機組各運動部件疲勞損傷，性能下降。需要說明的是，“熱對中”即機組正常運轉時的對中合格才是真正的目的。通常由于“熱對中”難以調整，在實際操作中一般只要求通過調整“冷對中”來間接控制。換言之，“冷對中”是手段，“熱對中”才是真正的目的。

對中找正的另一個問題是外圍管線的影響，從2#機組的實際情況來看，這一問題十分嚴重。錯位憋勁的管線會直接破壞機組對中。在2#機組的修復過程中，整改的管線或支撐多達十余處，其中以發(fā)動機水套水管線和壓縮機工藝氣入口管線最為嚴重。

表1 工藝氣入口管線機組對中情況

從表1所示未連接和已連接工藝氣入口管線時以及加載運行72h考核后機組對中數據(調整值)來看，徑向偏差極小，軸向呈上開口。當然，要消除軸向上開口，操作上很容易，之所以不這樣做，主要是考慮到2#壓縮機機體本身軸向不水平且無法調整。因為壓縮機機體本身軸向不水平，其連軸器端高，如果軸向完全找正，發(fā)動機勢必要向同一方向傾斜，這將影響壓縮機曲軸軸向間隙合理地分布，嚴重時會磨損壓縮機曲軸止推瓦。

從帶負荷試運的狀況來看，機組運行平穩(wěn)正常，振動和噪聲極小，說明對中調整效果非常理想。

2.3 運行工況分析與調整

大型天然氣壓縮機機組都是依據特定的工況來選型設計的。在設計點附近，機組對工況的變化有一定范圍的適應能力，但這種能力是有限的。當工況發(fā)生變化時，機組的運行參數也應隨之改變。當工況的變化超出機組的適應范圍時，強行投運將會導致壓縮機或發(fā)動機損壞。作為供貨商的美國德萊賽蘭公司在其技術資料中也強調，有些工況是不允許運行的。操作使用天然氣壓縮機機組時，這種工況意識顯得非常重要。

針對2#機組的具體應用，中加公司根據塔中作業(yè)區(qū)提供的最新氣體組分報告，選取最可能的工況，運用D-R原廠計算程序(美國德萊賽蘭公司最新版本的計算機程序)分別進行性能計算。通過計算得出以下結論：

1)通過對設計工況計算，并對不同轉速工況(800、850、900、1000r/min)計算表明，在進氣溫度為15℃、壓縮機卸荷器加載的情況下，機組轉速應控制在800～820r/min，壓縮機進氣壓力應控制在11.5～12MPa，這時壓縮機排氣量就可達到40×104m3/d的設計要求。建議不要在850～900r/min或更高轉速下運行塔中注氣壓縮機組。

2)壓縮機排氣量下降時，應該設法維持壓縮機進氣壓力在11.5～12MPa，而不是增大機組轉速，這樣對機組長期安全可靠運行有利。

3)通過對貧氣和富氣2種工況比較計算知道，如果機組在某運行條件組合下，壓縮貧氣排氣量為40×104m3/d；當機組壓縮富氣時，在相同運行條件組合下，其排氣量可以達到42.5×104m3/d，但后者所需功率稍大。

4)對于其他不同壓力溫度工況的計算，注意當進氣溫度上升時，需要提高進氣壓力，不要用提高轉速的辦法保持排氣量。

3 結語

通過天然氣注氣壓縮機組活塞桿、填料環(huán)磨損的原因分析可知，氣缸與十字頭滑道同軸度偏差容易引起氣缸振動，加快活塞桿、填料環(huán)的磨損。當在檢修過程中發(fā)現活塞桿跳動量偏大時，應該認真去查找原因，不能盲目地通過氣缸支撐腳頂絲調整氣缸的高低來達到活塞桿的跳動要求，以免造成更大的危害。采用氣缸水平安裝及氣缸支撐整改、外圍管線整改及對中找正、運行工況分析與調整等系列修復技術，經過對氣缸水平的調整后，機組一次試車成功，正常運轉72h未出現任何故障。

[1]《活塞式壓縮機設計》編寫組.活塞式壓縮機設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1974.

[2] 郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[3] 宋柯楠.往復式天然氣壓縮機故障原因分析[J].中小企業(yè)管理與科技,2015(13): 253～254.

[4] 張?zhí)項?劉輝,蒲建英.天然氣壓縮機活塞故障分析與解決措施[J].中國設備工程,2007(2): 43～44.

[5] 劉志偉.天然氣壓縮機的故障管理研究[J].管理觀察,2015(4): 187～188.

[6] 馬科篤,潘何,吳靜,等.對天然氣壓縮機全面故障管理的研究[J].設備管理與維修,2013(2): 10～13.

[編輯] 洪云飛

2016-07-18

中國石油天然氣集團公司創(chuàng)新基金項目(07E1005)。

羅軍(1982-)，男，助理工程師，現主要從事天然氣壓縮機組機械設計、配套成撬、制造方面的研究工作；E-mail:elite_luojun@163.com。

TE974.07

A

16731409(2016)31005803

[引著格式]羅軍，譚麗.天然氣壓縮機活塞桿、填料環(huán)異常磨損故障分析與修復技術[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(31)：58～60.