往復壓縮機余隙缸液壓油管斷裂故障分析及改進方案

陳青松

（中國石化武漢分公司，湖北武漢430082）

1 機組簡介

干氣提濃壓縮機K8201A、B為4列3級對稱平衡式M型壓縮機，型號4M32-238/0.07-7.5-13/7.5-28。氣缸為無油潤滑雙作用水冷式，采用雙層布置方案，機組開一備一。機組主要參數(shù)如表1。

機組三級壓縮分布方式如圖1。

2017年2月 ，對該機組B機進行改造，增上了余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用液壓油控制余隙缸活塞行程，可實現(xiàn)氣量60%~100%范圍內(nèi)的無極調(diào)節(jié)。改造后的余隙缸結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

表1 干氣提濃壓縮機K8201A、B機組主要參數(shù)

圖1 干氣提濃壓縮機組布置簡圖

圖2 可調(diào)余隙調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)示意圖

2 余隙改造后運行效果

2017年進行余隙改造后，于3月7日開機運行，該機組運行電流從160A降至100A左右，功率從1700 kW降低至1100 kW，年可節(jié)電4.8×106 kW。截止到2018年4月5日，該機組已連續(xù)運行9400 h，期間機組運行平穩(wěn)，余隙調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)正常。

3 故障過程現(xiàn)象

2018年4月5日 晚，干氣提濃壓縮機K8201B前一級余隙缸液壓油管線發(fā)生斷裂。液壓油泄漏，導致余隙活塞位置不能保持，余隙缸內(nèi)撞擊聲明顯。車間操作人員在發(fā)現(xiàn)報警后及時將機組切換至A機運行。次日停機檢修K8201B。

經(jīng)檢查，壓縮機本體無異常，前一級余隙缸解體后發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)壁磨損，有鍍層脫落現(xiàn)象；位移傳感器電子倉震壞；活塞桿鍍層脫落；密封組中的Y型圈有磨損；活塞桿卡環(huán)磨損，與活塞桿卡槽間隙變大。

4 故障過程分析

一級缸控制油管路斷裂后，油缸活塞失去控制油，油缸活塞失去兩側(cè)液壓油“夾持”，余隙活塞則隨著壓縮機活塞的吸氣、壓縮過程做往復運動，余隙活塞將直接撞擊余隙缸凸臺端面或余隙缸蓋，引起較大振動，嚴重時執(zhí)行機構(gòu)位移傳感器被震壞。

4.1 液壓油管線斷裂

液壓油管線為Φ6的儀表管，承壓等級為16 MPa，液壓油工作壓力13 MPa。該機在運行過程中，液壓油管線存在振動，而該接頭為螺紋頭引出，卡套連接，后接卡套式引壓閥。在螺紋與卡套之間的Φ6管承受整個管路的振動，容易出現(xiàn)疲勞斷裂。

圖3 余隙缸結(jié)構(gòu)圖

4.2 余隙活塞卡環(huán)磨損

該機一級進氣壓力為0.007 MPa，一級進氣時，余隙活塞背壓（圖3中C腔）是微正壓（火炬系統(tǒng)壓力），由于壓縮機入口壓力低和氣體進入氣缸經(jīng)過進氣閥時有一定的壓力損失，一級氣缸（D腔）內(nèi)極有可能出現(xiàn)負壓（尤其是在入口氣閥故障、堵塞時），會出現(xiàn)余隙活塞向壓縮機軸側(cè)（圖4中D腔側(cè)）運動的趨勢；一級排氣時，一級氣缸內(nèi)壓力遠大于常壓（設計排氣壓力0.3 MPa），會出現(xiàn)余隙活塞向壓縮機蓋側(cè)（圖中A腔側(cè)）運動的趨勢。故該余隙缸在正常工作情況下，液壓油在A腔側(cè)只能實現(xiàn)單方向推力，氣缸側(cè)（D腔側(cè)）則缺少壓力的支撐，不能實現(xiàn)完全夾持鎖位。余隙缸在這種極低壓力的氣缸端相對較為“松動”。

由于這種“松動”的客觀存在，我們懷疑液壓油管沒有斷裂的后一級缸也存在卡環(huán)的磨損現(xiàn)象，立即聯(lián)系廠家將后一級余隙缸拆解檢查，證實了我們的判斷。后一級余隙缸活塞桿卡環(huán)存在與前一級類似的磨損狀態(tài)。后一級缸卡環(huán)的磨損說明了該余隙缸在低壓缸設計過程中使用卡環(huán)連接的方式存在不合理性。

4.3 位移傳感器電子倉振壞

液壓油管線斷裂后，余隙缸失去了液壓油的支撐，在氣缸吸氣排氣的交變力作用下來回震蕩撞擊，將位移傳感器撞擊，最終導致傳感器及電子倉、電路板等零件損壞。

5 整改措施方案及建議

5.1 液壓油管線斷裂

液壓油管線斷裂是該事故發(fā)生的直接原因，其主要原因為液壓油管線強度不高，配管不合理，需加強液壓油管線接頭的強度。目前采取對斷裂部位的螺紋接頭和卡套接頭連接后再堆焊一圈的方式進行加固。建議廠家配置角型閥直接與液壓缸連接，見圖4，減少管路接頭，可有效避免管接頭的振動。

5.2 液壓活塞桿卡環(huán)磨損

活塞桿與余隙缸采用卡環(huán)連接的方式存在缺陷，經(jīng)與廠家協(xié)商溝通后，決定先在該磨損部位增加墊片消除間隙。下次更換活塞桿時改進該活塞桿的連接方式。廠家給的改進方案如圖5所示。

將原來的兩半卡環(huán)改為整體法蘭，該法蘭與活塞桿之間是螺紋聯(lián)接和端部焊接，使得余隙活塞與活塞桿成為剛性的一體，有利于余隙活塞的穩(wěn)定，同時消除了原來兩半卡環(huán)與活塞桿之間的配合間隙。原來活塞桿與油缸活塞是整體，改為螺紋聯(lián)接，并增加防松緊定螺釘。

5.3 液壓油泄漏自保

液壓油泄漏后，余隙活塞不能保持，會發(fā)生撞擊風險，撞擊產(chǎn)生后如不能及時停機會對余隙缸造成不可預估的損失。從鎖住液壓油的方向來考慮，可考慮在液壓油進油缸根部增加單向閥，見圖6，具體實施方案為：

圖4 液壓油管線與余隙油缸連接整改建議

圖5 廠家改進的余隙缸設計

圖6 液壓油防泄漏自保改進方案

（1）將油站上2個一級缸的液控單向閥移到執(zhí)行機構(gòu)上。

（2）在每個一級執(zhí)行機構(gòu)上安裝一個液壓自保集成塊。

（3）拆卸原油站上2個一級手動換向閥和相應的2個液控單向閥，改造原三位四通電磁換向閥，將三位四通電磁換向閥改造為三位四通電磁/手動一體換向閥。

除此之外，我們可以考慮增加自保聯(lián)鎖停機，增加液壓油油壓低低聯(lián)鎖停機的設計，這方面需根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境進行工藝影響評估。

6 結(jié)語

余隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)是往復壓縮機氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一種方式，其與延時關(guān)閉氣閥的無極氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相比較互有優(yōu)勢，值得推廣應用。在實際使用過程中通過用戶的反饋和故障分析對其功能部件和零件的優(yōu)化設計，不斷提升設備的可靠性能，可增加其在行業(yè)中的競爭力。