海上平臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障及預(yù)防措施研究

朱國(guó)太

摘要：往復(fù)式壓縮機(jī)作為海上平臺(tái)石油天然氣開發(fā)過程中極其重要的設(shè)備，其工作的可靠性要求越來越高。針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障的現(xiàn)狀，指出了往復(fù)式壓縮機(jī)常見的故障及其產(chǎn)生的原因，延長(zhǎng)軸瓦的使用壽命、降低了故障停機(jī)時(shí)間、減少了故障維修支出。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);工作原理;常見故障;預(yù)防措施;效果評(píng)價(jià)

引言

隨著石油天然氣需求量的與日俱增，對(duì)石油天然氣開發(fā)設(shè)備的可靠性要求越來越高。往復(fù)式壓縮機(jī)作為海上平臺(tái)重要的石油天然氣開采設(shè)備，服役條件極其苛刻，承受著較高壓力的同時(shí)還要受到石油天然氣的侵蝕，因此必須保證其運(yùn)行的可靠性。因此研究海上平臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障，提出確實(shí)可行的預(yù)防措施，對(duì)于提高工作可靠性具有重要的意義。

1.往復(fù)式壓縮機(jī)組成及工作原理

往復(fù)式活塞壓縮機(jī)通過活塞在缸體內(nèi)部的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)天然氣的往復(fù)增壓和輸送，其主要組成部分包括動(dòng)力傳動(dòng)部件和壓縮部件。其工作原理如下：曲軸箱內(nèi)部的曲軸在外力作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，之后經(jīng)連桿將運(yùn)動(dòng)傳輸至活塞，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)移動(dòng);活塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者組成的工作容積周期性的變大和縮小，當(dāng)工作容積變大時(shí)出氣口關(guān)閉，缸體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓將天然氣由進(jìn)油口吸入缸體，當(dāng)工作容積變小時(shí)進(jìn)氣口關(guān)閉，缸體內(nèi)產(chǎn)生正壓將天然氣由出氣口壓出，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障及原因分析

2.1連桿大頭軸瓦磨損

往復(fù)式壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中曲軸與連桿大頭時(shí)刻進(jìn)行著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為了降低曲軸和連桿大頭之間的磨損速度，避免經(jīng)常更換連桿部件，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，二者之間通常設(shè)置軸瓦，但是在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦也存在磨損問題。出現(xiàn)連桿大頭軸瓦磨損問題的主要原因是軸瓦表面承受交替變化的載荷，產(chǎn)生往復(fù)的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。當(dāng)軸瓦表面所受的載荷大于軸瓦材料的許用應(yīng)力時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致軸瓦接觸表面產(chǎn)生微小的裂紋。連續(xù)不斷的交替應(yīng)力會(huì)使?jié)櫥蛿D進(jìn)表面微裂紋內(nèi)部加速軸瓦表面裂紋的擴(kuò)展，致使軸瓦表面鍍層脫落。脫落之后的鍍層顆粒殘存在軸瓦工作表面，隨著軸瓦表面的連續(xù)工作，將會(huì)產(chǎn)生軸瓦表面的磨粒磨損，加快軸瓦的磨損速度，最終導(dǎo)致軸瓦出現(xiàn)磨損故障。

2.2主軸軸瓦磨損

往復(fù)式壓縮機(jī)在石油天然氣生產(chǎn)過程中正常工作的動(dòng)力來源于曲軸，曲軸作為動(dòng)力的輸入部件，工作過程中承受較大的交變載荷，使主軸軸瓦表面極易出現(xiàn)疲勞磨損或者磨粒磨損故障。出現(xiàn)主軸軸瓦磨損故障的原因主要是在曲軸承受較大載荷時(shí)，曲軸軸頸將會(huì)產(chǎn)生較大的變形，使其呈現(xiàn)出鼓形或者錐形，或者主軸軸瓦孔出現(xiàn)較大的變形，導(dǎo)致曲軸主軸位置與軸瓦工作面的一側(cè)先接觸，主軸軸瓦優(yōu)先接觸曲軸主軸的位置將會(huì)承受極大的載荷應(yīng)力，很容易刺穿油膜，導(dǎo)致二者之間出現(xiàn)干摩擦，導(dǎo)致主軸軸瓦的磨損。

2.3輸出壓力不足

進(jìn)氣口和出氣口閥件出現(xiàn)開閉異常情況以及缸體部位存在漏油現(xiàn)象，當(dāng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，進(jìn)、出氣口閥件異常將會(huì)導(dǎo)致缸體吸氣過程存在吸氣量不足、天然氣倒吸等問題，缸體壓氣過程存在天然氣沿進(jìn)氣口外溢情況，不能完全將缸體內(nèi)的天然氣增加輸送出去，降低天然氣增壓輸送的效率。

2.4 過熱

連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在較多的摩擦副，摩擦的存在必然會(huì)產(chǎn)生熱量。由于往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用于海上平臺(tái)石油天然氣開采增壓輸送過程，避免出現(xiàn)火災(zāi)或者更嚴(yán)重的事故。摩擦副溫度的升高，也會(huì)增加潤(rùn)滑油膜形成的難度，溫度超過一定程度，就會(huì)使?jié)櫥湍は?，出現(xiàn)局部干摩擦，加速了摩擦副之間的磨損速度，繼續(xù)升溫將會(huì)導(dǎo)致軸瓦的燒蝕甚至抱死，帶來較大損失。

3.常見故障預(yù)防措施

3.1磨損預(yù)防措施

一是優(yōu)先采用耐磨性能更好的連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦，以此提高材料的許用應(yīng)力，保證連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦具有足夠的耐磨能力;二是嚴(yán)格控制連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦的加工質(zhì)量，確保軸瓦工作表面無劃痕、點(diǎn)蝕等缺陷，降低連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦工作過程中微裂紋產(chǎn)生的可能;三是運(yùn)行過程中及時(shí)檢測(cè)調(diào)整連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦的狀態(tài)，避免出現(xiàn)連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦局部偏載刺穿油膜出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象，降低連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦磨損速度。四是定期清理連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦內(nèi)部的磨粒，避免過早出現(xiàn)軸瓦的磨粒磨損。

3.2輸出壓力不足預(yù)防措施

為了保證工作效率，可靠完成天然氣開采過程中的增壓輸送工作，必須保證輸出壓力恒定。為了避免出現(xiàn)輸出壓力不足的問題，可以采取以下預(yù)防措施：第一是定期檢查進(jìn)、出氣閥的工作狀態(tài)，確保其能夠可靠的開關(guān)和閉合;第二是定期校準(zhǔn)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)、出氣閥啟閉周期，確保在吸氣時(shí)排氣閥可靠閉合，在壓氣時(shí)吸氣閥可靠閉合;第三是定期檢查缸體連接螺栓的松緊程度，避免出現(xiàn)螺栓的松動(dòng)，出現(xiàn)缸體漏油或者卸壓的情況。

3.3往復(fù)式壓縮機(jī)過熱預(yù)防措施

一是定期檢查往復(fù)式壓縮機(jī)表面的工作溫度，出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí)及時(shí)停止運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)，確保往復(fù)式壓縮機(jī)各部分工作溫度正常;二是夏季工作中的往復(fù)式壓縮機(jī)，需要增加風(fēng)冷措施，以便提高往復(fù)式壓縮機(jī)的散熱速度，維持往復(fù)式壓縮機(jī)表面溫度處于較低的狀態(tài);三是及時(shí)更換往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部的磨損組件，定期進(jìn)行潤(rùn)滑，避免往復(fù)式壓縮機(jī)工作過程中出現(xiàn)干摩擦情況，產(chǎn)生瞬間較高的溫度。

4.故障預(yù)防效果評(píng)價(jià)

更換為耐磨性更好的軸瓦、每隔一個(gè)月對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)清理、及時(shí)配置風(fēng)冷設(shè)施等。連續(xù)運(yùn)行的半年內(nèi)，對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤記錄，結(jié)果顯示，相較于未采取預(yù)防措施之前，軸瓦未出現(xiàn)較快的磨損故障，壽命延長(zhǎng)近40%;因運(yùn)行故障停機(jī)修理的時(shí)間減少近25%。據(jù)相關(guān)人士估計(jì)，采取故障預(yù)防措施能夠企業(yè)降低約56萬/年的維修支出，同時(shí)也降低了石油天然氣開采的成本，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5.結(jié)論

海上平臺(tái)往復(fù)式壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行不僅關(guān)系著石油天然氣開采工作的正常開展，還與相關(guān)工作人員的生命安全息息相關(guān)，必須引起高度重視。首先介紹了往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理，結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，提出了往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的常見故障，包括連桿大頭軸瓦及主軸軸瓦的磨損、輸出壓力不足以及過熱等，分析了上述故障產(chǎn)生的主要原因?；谏鲜龀Ｒ姽收?，提出了確實(shí)可行的預(yù)防措施，結(jié)果表明，軸瓦壽命延長(zhǎng)近40%、因往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行故障停機(jī)修理的時(shí)間減少近25%、為企業(yè)降低約56萬/年的維修支出，故障預(yù)防措施效果顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉桂，李西銀.往復(fù)式壓縮機(jī)活塞與十字頭組件常見故障及優(yōu)化改進(jìn)[J].中氮肥，2019（4）：52-55.

[2]任永勝.往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的故障分析與維護(hù)措施研究[J].硅谷，2014（17）：104-105.