往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行故障分析及預(yù)防措施

（中韓（武漢） 石油化工有限公司，湖北武漢 430082）

1 引言

聯(lián)合一車間擁有往復(fù)壓縮機(jī)21臺(tái)，其在加氫及重整裝置中擔(dān)當(dāng)了重要的提升壓力的作用，其正常運(yùn)行與否直接決定著整個(gè)裝置能否正常運(yùn)行，但由于其工況復(fù)雜，易損件較多，故障率要比離心式壓縮機(jī)高，因而日常的運(yùn)行管理與故障分析變得尤為重要。通過對往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行故障的分析，能夠有效減少機(jī)組的故障發(fā)生。

2 往復(fù)壓縮機(jī)的典型故障分析

2.1 往復(fù)壓縮機(jī)的機(jī)械故障

2.1.1 加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)K301/1 故障分析

2011-11-26加氫操作人員在現(xiàn)場巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)該機(jī)組的聲音異常，振動(dòng)較大，同時(shí)油壓高報(bào)，機(jī)組緊急停機(jī)，并通知專業(yè)值班人員到現(xiàn)場檢查。通過對機(jī)組進(jìn)行了檢查發(fā)現(xiàn)：

（1） 十字頭銷斷（圖1）；

（2） 十字頭銅套磨損嚴(yán)重；

（3） 小頭瓦磨損嚴(yán)重；填料盒有腐蝕現(xiàn)象；

（4） 南一級(jí)的活塞桿沒有防松開口；

（5） 西側(cè)的主軸瓦上瓦巴氏合金層脫落。

原因分析：

（1） 該十字頭銷使用時(shí)間不足5000 h，分析認(rèn)為從斷面分析看主要是由于材料的選擇和工藝熱處理上存在問題，且斷裂處的油孔倒角偏小，應(yīng)力集中，十字頭銷長期承受的交變載荷，發(fā)生斷裂。

（2） 停機(jī)出現(xiàn)的是油壓升高，分析原因?yàn)槭诸^銷斷了之后從小頭瓦中脫出，油道錯(cuò)位，擋住了油孔，從而出現(xiàn)了油壓上升的現(xiàn)象。

2.1.2 重整K202B 故障分析

該機(jī)組由于系統(tǒng)油壓低，輔油泵自啟，機(jī)組連鎖停機(jī)。隨后操作人員調(diào)整系統(tǒng)油壓后啟動(dòng)機(jī)組，在啟動(dòng)過程中聽到機(jī)組發(fā)出巨大聲響，后立即手動(dòng)停機(jī)。解體后發(fā)現(xiàn)機(jī)組西側(cè)連桿斷裂（圖3），曲軸箱蓋及箱體東側(cè)蓋板邊緣破裂，十字頭銷脫落，連桿小頭瓦端仍位于十字頭中，十字頭銷緊固螺母防轉(zhuǎn)墊片損壞（圖4），防轉(zhuǎn)耳斷落。

事故分析：通過解體后發(fā)現(xiàn)上述情況，分析該事故發(fā)生經(jīng)過大致如下：機(jī)組在運(yùn)行過程中，十字頭銷鎖緊螺母防轉(zhuǎn)墊片由于防轉(zhuǎn)耳的斷裂防轉(zhuǎn)失效，鎖緊螺母在來回運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)情況下松動(dòng)脫落，十字頭銷在往復(fù)運(yùn)行中從十字頭滑塊中脫落，造成油壓突降，引起機(jī)組停機(jī)；在二次開機(jī)過程中，由于連桿小頭銷的脫落，連桿小頭瓦端失去約束，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后，連桿被甩出，產(chǎn)生巨大的慣性力，連桿小頭瓦端與十字頭發(fā)生碰撞造成連桿斷裂，隨后連桿斷裂大頭瓦端甩出撞擊曲軸箱蓋，造成曲軸箱破裂。針對以上兩起十字頭故障的應(yīng)對措施：

圖1 十字頭銷斷裂

（1） 對往復(fù)機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，需要加強(qiáng)對連接件螺栓的緊固，尤其是檢查防松措施是否可靠合理，定期檢查或更換防松墊片；

（2） 對于機(jī)組運(yùn)行中潤滑油壓力突然上升、掉壓的現(xiàn)象要引起充分的重視，找到故障的原因方可開機(jī)；

圖2 腐蝕的填料盒

圖3 斷裂的連桿

圖4 損壞的鎖緊螺母防轉(zhuǎn)墊片

（3） 對于機(jī)組運(yùn)行中的突發(fā)故障，操作人員要及時(shí)通知維護(hù)人員進(jìn)行故障確認(rèn)和處理，確認(rèn)故障消除后方能開機(jī)；

（4） 對往復(fù)壓縮機(jī)的機(jī)身振動(dòng)，溫度報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的清查，對沒有機(jī)身振動(dòng)，溫度監(jiān)控的設(shè)備必須進(jìn)行整改。

2.2 工況變化引起的機(jī)組故障

（1） 生產(chǎn)裝置經(jīng)常會(huì)碰到氣體組分發(fā)生變化，如1#加氫的氫氣壓縮機(jī)，該循環(huán)氫壓縮機(jī)循環(huán)氫平均分子量設(shè)計(jì)值為4.88，隨著加氫反應(yīng)的進(jìn)行，氫逐漸被消耗，反應(yīng)產(chǎn)生了一些硫化氫、不凝氣等，裝置運(yùn)行過程中如果長時(shí)間不排放掉一部分廢氫，那么循環(huán)氫中氫濃度會(huì)逐漸降低，分子量慢慢變大，結(jié)果造成循環(huán)級(jí)入口管線振動(dòng)，排氣溫度升高，經(jīng)分析循環(huán)氫中雜質(zhì)氣體成分超標(biāo)后，通過排掉一部分廢氫，機(jī)組振動(dòng)也隨之消失。

圖5 排氣閥供炭

圖6 斷裂的活塞環(huán)

（2） 另一例子為3#加氫新氫機(jī)，新氫用的是重整裝置產(chǎn)生的氫氣，2010年初，由于重整催化劑運(yùn)行到末期，重整氫的純度下降比較厲害，最低時(shí)只有81%，平均分子量遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值的很多倍，造成新氫壓縮機(jī)機(jī)組振動(dòng)，排氣閥積碳（圖5），活塞環(huán)磨斷（圖6）、支撐環(huán)超常磨損故障圖片。對此應(yīng)穩(wěn)定工藝操作，防止工藝雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)組。

（3） 介質(zhì)帶液嚴(yán)重引發(fā)機(jī)組的故障

上游裝置發(fā)生波動(dòng)，氣液分離效果變差，送到壓縮機(jī)入口分液罐，來不及完全分離被帶進(jìn)壓縮機(jī)，輕則損壞氣閥，加速活塞環(huán)、支撐環(huán)磨損，重則發(fā)生撞缸事故。如制氫裝置的原料干氣壓縮機(jī)，干氣分別來自焦化、催化、聯(lián)合的干氣脫硫裝置，常常是上游脫硫裝置不正常時(shí)，隨之帶來一股液體，造成入口分液罐液位高報(bào)，此時(shí)，操作人員必須馬上進(jìn)行分液罐的切水。

防范措施：含有液體的介質(zhì)，機(jī)入口必須設(shè)置分液罐，分液罐上設(shè)液位高高連鎖停機(jī)，這主要是為了防止液體進(jìn)入氣缸造成撞缸事故，保護(hù)機(jī)組安全。另外要堅(jiān)持對介質(zhì)組分做定期分析，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正，以免發(fā)生事故。

3 往復(fù)壓縮機(jī)的常見故障及預(yù)防

3.1 氣閥故障

氣閥屬于壓縮機(jī)的易損件，它的質(zhì)量及工作的好壞直接影響壓縮機(jī)的輸氣量、功率損耗和運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。氣閥的設(shè)計(jì)是否合理、使用是否得當(dāng)、壽命是否長是決定往復(fù)壓縮機(jī)是否能夠長周期運(yùn)行的必要條件。由于氣閥損壞而引起的停車占非計(jì)劃停車40%以上。導(dǎo)致氣閥故障的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1） 氣閥設(shè)計(jì)不合理或安裝不當(dāng)、頂絲松動(dòng)以及系統(tǒng)工況大范圍波動(dòng)等引起氣閥失效。

（2） 介質(zhì)腐蝕造成氣閥失效，氣體中腐蝕成分含量超過設(shè)計(jì)值造成加速腐蝕（如H2S、HCl、H2SO4、濕碳酸氣、濕二氧化硫腐蝕），如1#加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)，由于循環(huán)氫中硫化氫含量較高，故對氣閥的腐蝕較為嚴(yán)重，影響氣閥的使用壽命。

（3） 介質(zhì)含顆粒、粉塵（過濾器失效） 及氣閥積碳，由于氣體在流通的過程中會(huì)將鐵繡、細(xì)小的砂粒帶入氣閥，造成氣閥彈簧迅速損壞；或介質(zhì)中含有不飽和烴在高溫下產(chǎn)生聚合反應(yīng)，并進(jìn)一步碳化，從而加速氣閥磨損，直接影響氣閥的使用壽命。

（4） 氣缸潤滑油注入量過大，過量的潤滑油被壓縮氣體帶走后污染排氣閥，由于排氣閥溫度較高，潤滑油已在閥內(nèi)焦化，導(dǎo)致氣閥不能關(guān)嚴(yán)，使排氣量顯著降低，致使壓縮機(jī)消耗功率增加，加快氣閥閥片的磨損。

預(yù)防措施：

（1） 認(rèn)真、仔細(xì)巡檢，通過蛛絲馬跡提前發(fā)現(xiàn)氣閥故障。聽聲音，用聽診棒逐個(gè)聽，正常的閥和故障閥聲音有差異，通過多聽積累經(jīng)驗(yàn)，分辨出氣閥故障與否。測量溫度，當(dāng)然氣閥溫度升高原因很多，要綜合判斷，前一級(jí)氣閥和后一級(jí)氣閥會(huì)相互影響，另外活塞環(huán)磨損氣缸串氣也會(huì)影響氣閥溫度。

（2） 檢修時(shí)氣閥要正確安裝，頂絲必須定期進(jìn)行緊固（不允許鉗工用活動(dòng)扳手緊固頂絲，實(shí)踐證明用活動(dòng)扳手是無法上緊，要求用梅花扳手或套筒扳手進(jìn)行緊固）。

（3） 氣閥材質(zhì)（主要是閥片、彈簧） 的選擇，應(yīng)該選擇最為合適的材質(zhì)。

（4） 嚴(yán)格控制好注油器的注油量在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，防止注油過量；同時(shí)要使工藝條件保持穩(wěn)定，防止工藝介質(zhì)中的雜質(zhì)及不飽和烴帶入氣閥。

3.2 填料故障

密封填料是由數(shù)組密封元件構(gòu)成，每組密封元件主要由密封環(huán)、阻流環(huán)和拉伸彈簧組成。當(dāng)密封氣體屬易燃易爆性質(zhì)時(shí)，在密封填料中設(shè)有漏氣回收孔，用于收集泄漏的氣體并引至處理系統(tǒng)。填料故障有兩種：泄漏與超溫

（1） 漏氣分兩種：（a） 向外泄漏，原因是長期運(yùn)行造成填料磨損，失去補(bǔ)償密封功能，如果每一級(jí)都泄漏，可能造成排氣量下降，如果大量泄漏，可能會(huì)漏到曲軸箱里邊，使防爆膜破裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成事故。（b） 氣體向冷卻水中泄漏，這是因?yàn)樘盍辖M裝時(shí)沒有裝好，每一盒填料之間的密封圈沒有裝好，氣體壓力高，向水側(cè)泄漏?？梢酝ㄟ^填料冷卻水回水管線水泡視鏡觀察到里邊有大量氣泡，嚴(yán)重時(shí)水無法流動(dòng)，水站水箱呼吸閥有大量氣體逸出，填料溫度急劇升高，此時(shí)必須馬上停機(jī)處理。

（2） 填料冷卻水向氣缸側(cè)泄漏，由于填料組裝沒有完全到位，在往復(fù)機(jī)停機(jī)后，軟化水的壓力大于氣缸內(nèi)部的壓力，填料冷卻水沒有及時(shí)關(guān)閉并向氣缸內(nèi)泄漏，導(dǎo)致下次開機(jī)時(shí)氣缸內(nèi)發(fā)生液擊，機(jī)組超載致使往復(fù)壓縮機(jī)直接停機(jī)。

（3） 填料超溫，如果是運(yùn)行過程中超溫，大部分原因是冷卻水管線結(jié)垢堵塞，可以通過回水管線上視鏡進(jìn)行觀察。如果是剛檢修完運(yùn)行時(shí)溫度高，一般為填料安裝出錯(cuò)，水路不通。

預(yù)防措施：檢修時(shí)，填料組裝完畢之后，一定把水路試壓不漏后再往上裝，避免裝上后漏水，造成重新拆裝。巡檢時(shí)注意觀察填料冷卻水管線上的水泡，看水流是否暢通，是否有氣泡，另外可以通過摸填料漏氣放空管線溫度，來判斷填料是否泄漏，剛檢修的機(jī)組，管線是常溫，如果發(fā)生泄漏，管線溫度高于常溫，越高說明泄漏量越大。室內(nèi)要注意DCS畫面機(jī)組填料溫度的變化。

3.3 活塞與活塞桿故障

活塞與活塞桿采用螺紋連接，緊固方式為加熱活塞桿尾部，使其熱脹產(chǎn)生彈性伸長變形，將緊固螺母旋轉(zhuǎn)一定角度擰至規(guī)定的刻線標(biāo)記位置后停止加熱，待桿冷卻后恢復(fù)變形，即實(shí)現(xiàn)緊固所需的預(yù)緊力?；钊麠U為鋼件鍛制成，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理及摩擦表面進(jìn)行硬化處理，有較高的綜合機(jī)械性能和耐磨性。其故障形式有：活塞桿彎曲、斷裂、連接松動(dòng)、表面磨損。

預(yù)防措施：定期小修（3個(gè)月），檢查并緊固，活塞桿表面無損檢測表面修復(fù)受損嚴(yán)重時(shí)整體更換。

3.4 十字頭故障

十字頭為雙側(cè)圓筒形分體組合式結(jié)構(gòu)，十字頭體和上下兩個(gè)可拆卸的滑履采用榫槽定位，并借助螺釘連接成一體，利用液壓聯(lián)接緊固裝置與活塞桿連接?；呐c十字頭之間裝有調(diào)整墊片，由于機(jī)身兩側(cè)十字頭受側(cè)向力的方向相反，為保證十字頭與活塞桿運(yùn)行時(shí)的同心。

其故障形式有： （1） 十字頭與滑道間隙超標(biāo)，造成振動(dòng)過大，十字頭磨損；（2） 十字頭瓦面與滑履存在同軸度的偏差；（3） 中心存在有雜物或水介質(zhì)進(jìn)入潤滑油，造成潤滑不良；（4） 十字頭銷長期承受的交變載荷，發(fā)生斷裂。

預(yù)防措施：對往復(fù)機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)，需要加強(qiáng)對連接件螺栓的緊固，尤其是檢查防松措施是否可靠合理，定期檢查和更換防松墊片。

3.5 刮油環(huán)漏油

由于刮油環(huán)長期磨損，失去補(bǔ)償能力造成漏油。曲軸箱加油頻繁，污油收集罐液位上漲較快，都說明刮油環(huán)漏油，需要停機(jī)更換。

3.6 級(jí)間冷卻器泄漏

一般介質(zhì)壓力都高于冷卻水壓力，級(jí)間冷卻器受介質(zhì)或冷卻水腐蝕發(fā)生泄漏，輕微泄漏，透過循環(huán)水管線的玻璃視鏡會(huì)看到水中帶有大量氣泡；若嚴(yán)重泄漏，會(huì)造成大量的氣體漏向循環(huán)水中，操作室內(nèi)DCS顯示機(jī)組流量、壓力迅速下降，需要做緊急停機(jī)處理。

4 預(yù)防往復(fù)壓縮機(jī)故障的技術(shù)手段

近年來，針對往復(fù)壓縮機(jī)所發(fā)生的故障，通過對往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)施機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測，對其進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測、活塞桿沉降監(jiān)測、溫度監(jiān)測，然后對所測得的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行收集、處理、分析，診斷出機(jī)組故障部位及故障嚴(yán)重程度，最終實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)的預(yù)知性維修。重整裝置已經(jīng)對部分往復(fù)壓縮機(jī)組安裝了機(jī)身振動(dòng)、活塞桿沉降、溫度監(jiān)測系統(tǒng)，使用效果良好。

4.1 振動(dòng)監(jiān)測

對往復(fù)壓縮機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測是利用正常機(jī)械的振動(dòng)特征（如同有頻率、振型），與被監(jiān)測機(jī)械的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行比較，來診斷機(jī)組與機(jī)構(gòu)是否有故障。

往復(fù)壓縮機(jī)振動(dòng)信號(hào)包括曲軸箱振動(dòng)信號(hào)、缸體振動(dòng)信號(hào)、十字頭振動(dòng)信號(hào)，曲軸箱振動(dòng)信號(hào)以振動(dòng)速度值進(jìn)行分析，后兩者則以加速度完成診斷，這是由于缸體與十字頭部位存在高頻沖擊信號(hào)，曲軸箱振動(dòng)速度值主要反映的是壓縮機(jī)振動(dòng)烈度，反映壓縮機(jī)整機(jī)振動(dòng)情況。缸體振動(dòng)、十字頭振動(dòng)加速則可進(jìn)行高頻沖擊信號(hào)分析診斷。

4.2 活塞桿沉降監(jiān)測

往復(fù)壓縮機(jī)活塞在氣缸內(nèi)的運(yùn)行情況直接影響到機(jī)組的正常運(yùn)行，故對活塞導(dǎo)向環(huán)的磨損量進(jìn)行監(jiān)測，及早防范故障的發(fā)生?？赡苓^對活塞桿運(yùn)行軌跡的X、Y兩個(gè)方向上安裝電渦流傳感器，通過正常和故障時(shí)的活塞桿軸心位置軌跡特性參數(shù)進(jìn)行對比，跟蹤其變化趨勢，很好地判斷活塞桿運(yùn)行是否正常。

4.3 溫度監(jiān)測

溫度是不僅包括進(jìn)、排氣溫度，潤滑油溫度等工藝參數(shù)，更主要的是指往復(fù)壓縮機(jī)的許多零部件（如主軸瓦、十字頭滑道、填料函和出入口閥等），在有沖擊、摩擦及磨損的狀態(tài)下所表現(xiàn)出來的特定位置的溫度。監(jiān)測往復(fù)壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣溫度可以間接了解氣閥和氣缸組件的工作狀態(tài)，如排氣閥泄漏會(huì)導(dǎo)致排氣溫度升高；吸氣閥泄漏會(huì)使一部分高壓氣體倒竄，導(dǎo)致吸氣溫度升高。監(jiān)測填料函溫度，可監(jiān)控活塞桿的故障信息。監(jiān)測氣缸和中間冷卻水溫度，可以了解水套和中間冷卻器的結(jié)垢和堵塞情況、冷卻效果，避免水套和中間冷卻器事故的發(fā)生。

通過采用以上振動(dòng)監(jiān)測、活塞桿沉降監(jiān)測、溫度監(jiān)測等技術(shù)手段，監(jiān)控與積累往復(fù)壓縮機(jī)各部件在運(yùn)行過程中所測得的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立振動(dòng)值、沉降值、溫度判斷的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)頻譜，再將實(shí)際測量數(shù)據(jù)及頻譜與之比較，識(shí)別往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)的變化。以此來分析、判斷往復(fù)壓縮機(jī)將要發(fā)生故障的部位，并制定出相應(yīng)的處理措施或維修計(jì)劃，使機(jī)組能夠長周期的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)語

通過對往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行故障及常見故障分析得出：提高往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行可靠行應(yīng)該從多方面考慮（如：設(shè)計(jì)、選材、維護(hù)等），工藝條件應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，不宜頻繁變化；其次要加強(qiáng)巡檢，對易發(fā)生故障部位重點(diǎn)觀察；對已發(fā)生故障進(jìn)行分析進(jìn)行總結(jié)，避免類似故障再次發(fā)生；同時(shí)，時(shí)刻監(jiān)控在線實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對其變化要立即作出相應(yīng)判斷、分析、處理，只有這樣才能讓往復(fù)壓縮機(jī)長周期的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。