高壓往復(fù)式壓縮機(jī)氣缸磨損問題分析

李治發(fā) 熊一丁

摘要：地下儲(chǔ)氣庫通常采用大排量、高壓力的往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行注氣工作。在儲(chǔ)氣庫投產(chǎn)初期，某臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)了氣缸磨損的問題，嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行效率。同時(shí)增加了維修成本，降低了儲(chǔ)氣庫的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過對(duì)該地下儲(chǔ)氣庫壓縮機(jī)組出現(xiàn)的氣缸磨損問題進(jìn)行分析，指出導(dǎo)致氣缸磨損的根本原因，并提出壓縮機(jī)運(yùn)行管理建議，以提高壓縮機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)管理水平。

關(guān)鍵詞：地下儲(chǔ)氣庫 往復(fù)式壓縮機(jī) 氣缸磨損

Analysis on Cylinder Wear of High Pressure Reciprocating Compressor

Li Zhifa Xiong yiding

SINOPEC TIANRANQI COMPANY

Abstract：Underground gas storage usually use large displacement，high pressure reciprocating compressors for gas injection.At the initial stage of production of the gas storage，a certain unit had a problem of cylinder wear，which seriously affected the operation efficiency of the unit.At the same time，it increases maintenance costs and reduces the economic benefits of gas storage.This article analyzes the problem of cylinder wear in the compressor unit of the underground gas storage，points out the root cause of cylinder wear，and puts forward compressor operation management suggestions to improve the operation and maintenance management level of the compressor unit.

Keywords：underground gas storage，reciprocating compressor，cylinder wear

一、儲(chǔ)氣庫壓縮機(jī)簡介

某地下儲(chǔ)氣庫共有三臺(tái)壓縮機(jī)，其中1#壓縮機(jī)是美國進(jìn)口的往復(fù)式壓縮機(jī)，型號(hào)為DRESSER RAND 7HOS2，機(jī)組設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓力6.0MPa，進(jìn)氣溫度25℃，額定排氣壓力23.5MPa，設(shè)計(jì)排量62×104Nm3/d，采用兩級(jí)壓縮，機(jī)組一級(jí)氣缸尺寸為7”（177.8mm），二級(jí)氣缸尺寸為6”（152.4mm），行程為7”（177.8mm）。氣缸均采用雙作用式，為了降低二級(jí)氣缸活塞力、增大反向角，在二級(jí)活塞末端設(shè)有尾桿，如圖1所示。機(jī)組二級(jí)活塞兩端活塞桿均有填料進(jìn)行密封，如圖2和圖3所示。該機(jī)組的一套完整二級(jí)填料共有6道環(huán)，其中有2道減壓環(huán)、3道主密封環(huán)（由徑向環(huán)、切向密封環(huán)、銅環(huán)組成）和1道漏氣密封環(huán)，6道環(huán)均裝配到對(duì)應(yīng)的填料函中實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞桿的密封作用。

二、機(jī)組故障情況

1.填料損壞、填料函磨損

在機(jī)組運(yùn)行2235小時(shí)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行維保時(shí)，第一次檢查了二級(jí)填料，發(fā)現(xiàn)兩套填料均損壞，填料函均有不同程度的磨損，原因均為減壓環(huán)彈簧斷裂，彈簧碎片造成填料的損壞及填料函的磨損。

2.活塞環(huán)磨損

機(jī)組運(yùn)行2235小時(shí)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行一級(jí)保養(yǎng)時(shí)，二級(jí)氣缸活塞底部間隙測(cè)量達(dá)到0.10mm，低于機(jī)組手冊(cè)要求（底部間隙大于0.25mm），更換新活塞環(huán)后底部間隙值為0.70mm，新舊活塞環(huán)尺寸對(duì)比如表1所示。從壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理方面綜合考慮，此時(shí)應(yīng)對(duì)氣缸直徑進(jìn)行測(cè)量，掌握氣缸磨損情況。

3.氣閥損壞

機(jī)組運(yùn)行2235小時(shí)的一級(jí)保養(yǎng)時(shí)檢查二級(jí)進(jìn)排氣閥，排氣閥閥座和閥片內(nèi)嵌入有大量彈簧碎片，閥片嚴(yán)重受損，如圖6所示。

如前所述，在機(jī)組運(yùn)行2235小時(shí)后，保養(yǎng)機(jī)組更換了新填料、新活塞環(huán)和新氣閥后，機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行。在機(jī)組運(yùn)行3528小時(shí)后，保養(yǎng)機(jī)組時(shí)，檢查二級(jí)填料及填料函，填料仍然出現(xiàn)彈簧斷裂問題，填料函磨損加重。填料減壓環(huán)彈簧的短時(shí)間斷裂，已明顯表明，該彈簧不適合機(jī)組運(yùn)行工況，需對(duì)彈簧進(jìn)行升級(jí)后才能使用。

4.活塞桿及活塞磨損

機(jī)組運(yùn)行3528小時(shí)后的維保期間，檢查并測(cè)量了二級(jí)活塞桿的相關(guān)尺寸，活塞桿兩端與填料接觸止點(diǎn)位置均有明顯均勻磨損痕跡?；钊麠U（標(biāo)準(zhǔn)直徑63.50mm）最小直徑62.95mm，最大磨損超過0.5mm?；钊h(huán)槽側(cè)隙值達(dá)到0.95mm，遠(yuǎn)大于正常側(cè)隙標(biāo)準(zhǔn)要求（0.23-0.33mm）。活塞環(huán)槽尺寸數(shù)據(jù)見表2。

5.氣缸磨損

在機(jī)組運(yùn)行3528小時(shí)后，在機(jī)組檢查保養(yǎng)時(shí)，測(cè)量二級(jí)氣缸直徑，發(fā)現(xiàn)氣缸已出現(xiàn)較大磨損，氣缸缸徑測(cè)量數(shù)據(jù)見表3。從壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理方面考慮，此時(shí)才對(duì)氣缸直徑進(jìn)行測(cè)量已經(jīng)遲了。

表中氣缸直徑最大增量2.17mm，氣缸最大錐度0.88mm，最大失圓0.2mm，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均超標(biāo)。機(jī)組技術(shù)手冊(cè)要求，氣缸直徑最大允許增量0.46mm，最大允許錐度0.09mm，最大允許失圓0.08mm。

6.氣缸振動(dòng)超標(biāo)

在已知?dú)飧啄p的條件下，更換全新填料及填料函、新活塞及活塞桿、新活塞環(huán)等零部件后，對(duì)機(jī)組進(jìn)行負(fù)載運(yùn)行測(cè)試，利用ZDY振動(dòng)測(cè)量儀對(duì)機(jī)組二級(jí)氣缸振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)量檢查，數(shù)據(jù)如表4。發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)帶載運(yùn)行時(shí)二級(jí)氣缸缸頭位置豎直方向振動(dòng)值嚴(yán)重偏大，超過國標(biāo)《GB7777-2003容積式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)》設(shè)定的18mm/s的指導(dǎo)限值。由于機(jī)組實(shí)際運(yùn)行振動(dòng)偏大，因此決定返廠更換二級(jí)氣缸缸套。

三、氣缸磨損技術(shù)分析

綜合以上故障情況進(jìn)行分析，我們認(rèn)為該機(jī)組氣缸磨損的根本原因是減壓環(huán)彈簧斷裂的影響。彈簧碎片導(dǎo)致填料、活塞環(huán)、氣閥等易損件的過快磨損或損壞，并造成了填料函、活塞及活塞桿、氣缸等部件的異常磨損，極大的增加了機(jī)組維修成本及時(shí)效。減壓環(huán)彈簧斷裂屬廠家設(shè)計(jì)問題，采用的原始彈簧不適合機(jī)組運(yùn)行工況，后期廠家將彈簧進(jìn)行了升級(jí)后，彈簧斷裂問題得到解決。在更換全新填料函及填料、新活塞及活塞桿以及將氣缸返廠維修更換缸套后，機(jī)組磨損問題得到有效解決。目前該機(jī)組運(yùn)行已超過一萬小時(shí)，在機(jī)組后期維護(hù)保養(yǎng)中測(cè)量氣缸直徑、活塞環(huán)槽側(cè)隙、活塞桿直徑等參數(shù)均正常，再無異常磨損出現(xiàn)。

四、管理原因分析

1.壓縮機(jī)故障處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足

在地下儲(chǔ)氣庫的壓縮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)工作方面，儲(chǔ)氣庫業(yè)主單位技術(shù)力量薄弱，一般是委托專業(yè)的壓縮機(jī)保運(yùn)公司（通常稱維保單位）開展運(yùn)行維護(hù)工作。在實(shí)際工作中，由于維保單位相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足，缺乏系統(tǒng)性考慮，對(duì)機(jī)組已出現(xiàn)的故障原因分析檢查不到位，從而未能盡早發(fā)現(xiàn)故障的嚴(yán)重性或?qū)е聶C(jī)組故障的不斷擴(kuò)大。在機(jī)組運(yùn)行2235小時(shí)維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，維保單位已拆卸二級(jí)氣缸的填料函及活塞桿，更換新填料及活塞環(huán)，卻未對(duì)二級(jí)氣缸直徑及活塞環(huán)槽尺寸進(jìn)行測(cè)量，未能最早發(fā)現(xiàn)氣缸磨損問題或掌握氣缸磨損情況。

2.業(yè)主單位對(duì)廠家設(shè)計(jì)問題的處理能力不足

針對(duì)二級(jí)填料減壓環(huán)彈簧斷裂，最終導(dǎo)致氣缸磨損的問題，反應(yīng)出了業(yè)主單位與壓縮機(jī)廠家溝通處理力度的不足，在確認(rèn)了生產(chǎn)廠家提供的零部件不能滿足機(jī)組運(yùn)行工況并且已造成損失的情況下，未能有效追究生產(chǎn)廠家相關(guān)責(zé)任，而使自身花費(fèi)了大量維修經(jīng)費(fèi)。也未能有效利用生產(chǎn)廠家的技術(shù)實(shí)力及時(shí)處置相關(guān)故障問題，極大的增加了機(jī)組維修時(shí)間。該機(jī)組前后花了近兩年的時(shí)間才將氣缸磨損問題查清并完全解決。

3.壓縮機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)不足

壓縮機(jī)組僅在機(jī)身處設(shè)置有振動(dòng)探頭監(jiān)測(cè)機(jī)組振動(dòng)情況，在氣缸末端未設(shè)置有振動(dòng)探頭，管理上也未考慮到利用便攜式振動(dòng)測(cè)試儀定期對(duì)氣缸振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此在運(yùn)行初期，氣缸振動(dòng)的掌握情況基本屬于空白。從該機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況來看，氣缸磨損問題導(dǎo)致的氣缸振動(dòng)超標(biāo)問題很早就有，只是在運(yùn)行管理中未發(fā)現(xiàn)而已，這也側(cè)面影響到了氣缸磨損問題的發(fā)現(xiàn)及解決時(shí)效。

五、壓縮機(jī)運(yùn)行管理建議

針對(duì)該機(jī)組出現(xiàn)的氣缸磨損問題，在此提出壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)管理方面的兩點(diǎn)建議。

1.加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高系統(tǒng)性分析問題的能力

通常情況下，氣閥、活塞環(huán)、填料是壓縮機(jī)的三大易損件，是制約往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要影響因素。但是這是一個(gè)相對(duì)概念，它們的易損是相對(duì)于壓縮機(jī)使用壽命來說，是相對(duì)于氣缸、活塞等部件來說，而并不代表其本身的易損。在壓縮機(jī)技術(shù)協(xié)議中有明確規(guī)定，氣閥、活塞環(huán)、填料的使用壽命不能少于8000小時(shí)。因此在它們出現(xiàn)短時(shí)間的損壞時(shí)，作為壓縮機(jī)的管理者，需引起重視。無論是壓縮機(jī)組的業(yè)主管理單位還是運(yùn)行維保單位，都應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)內(nèi)部相關(guān)管理人員、技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，從壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)操作指導(dǎo)入手，結(jié)合壓縮機(jī)系統(tǒng)知識(shí)，多方面展開學(xué)習(xí)，在遇到故障問題時(shí)，要能系統(tǒng)性的全面的分析故障問題，查清故障原因，解決故障問題。

2.完善壓縮機(jī)維保管理規(guī)定，健全壓縮機(jī)運(yùn)行管理制度

對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)而言，專業(yè)的維護(hù)保養(yǎng)非常重要，一般情況下，往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行滿1000小時(shí)需進(jìn)行一級(jí)保養(yǎng)，運(yùn)行滿4000小時(shí)需進(jìn)行二級(jí)保養(yǎng)，運(yùn)行滿8000小時(shí)需進(jìn)行三級(jí)保養(yǎng)，作為管理單位，需完善各級(jí)保養(yǎng)的具體內(nèi)容，在保養(yǎng)工作中嚴(yán)格落實(shí)。保養(yǎng)過程中如發(fā)現(xiàn)故障問題，應(yīng)進(jìn)行升級(jí)保養(yǎng)，查清故障根本原因。在日常運(yùn)行管理中，需建立健全的運(yùn)行管理制度，每日巡檢與每周檢查相結(jié)合，建立機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)機(jī)組各部位振動(dòng)情況，全面掌握機(jī)組運(yùn)行情況，確保機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)有效。