往復(fù)式壓縮機(jī)缸套磨損原因分析

宋鵬　張航銘

摘? 要：地下儲(chǔ)氣庫(kù)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(kù)投產(chǎn)初期，部分機(jī)組出現(xiàn)了氣缸缸套磨損的問(wèn)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(kù)的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)組故障造成裝置生產(chǎn)大幅度波動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)安全造成了隱患。本文從運(yùn)行角度分析壓縮機(jī)缸套磨損的原因與優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī);缸套磨損;原因分析

1.概述

所應(yīng)用的柴油加氫裝置新氫壓縮機(jī)中，其中一臺(tái)自隨裝置停工檢修后至出現(xiàn)磨損故障累計(jì)運(yùn)行28天。另一臺(tái)自隨裝置停工檢修后至出現(xiàn)事故累計(jì)運(yùn)行約4個(gè)月時(shí)間。兩臺(tái)機(jī)組故障現(xiàn)象相同，出現(xiàn)事故的表現(xiàn)為：運(yùn)行中一級(jí)排氣壓力低于級(jí)間壓力設(shè)定值4.3MPa，機(jī)組工藝系統(tǒng)中一回一自控組閥位逐漸關(guān)閉，直至關(guān)死，二回二自控組閥位逐漸開大，這樣就造成了新氫壓縮機(jī)組排氣量降低、反應(yīng)系統(tǒng)壓力下降，進(jìn)入新氫壓縮機(jī)組的氫氣量減少。而氫氣從制氫裝置來(lái)的量未發(fā)生變化，這就造成了新氫壓縮機(jī)入口分離器V105壓力升高，超過(guò)設(shè)定的壓力值2.1Mpa。所以新氫放火炬自控組開啟，造成了柴油加氫系統(tǒng)壓力波動(dòng)大，形成惡性循環(huán)。切換機(jī)組后將壓縮機(jī)解體，發(fā)現(xiàn)一級(jí)活塞環(huán)與支撐環(huán)磨損嚴(yán)重，一級(jí)氣缸缸套拉傷，部分氣缸填料盒密封面磨損嚴(yán)重。

2.機(jī)組故障情況分析

解體后發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)較臟，密封環(huán)磨損嚴(yán)重，鑒于機(jī)組解體后的現(xiàn)象了解到也許導(dǎo)致該類事故的原因?yàn)椋航橘|(zhì)氣中含有其它雜質(zhì)，與油混合后形成研磨劑，加速磨損。另外機(jī)組整體水平精度可能較差、吸入口壓力波動(dòng)大、注油量過(guò)多或過(guò)少等都會(huì)引起此類故障的發(fā)生。

通過(guò)原因分析進(jìn)行逐一判斷。

首先，經(jīng)與車間相關(guān)工藝技術(shù)人員溝通確認(rèn)，對(duì)機(jī)組內(nèi)壓縮氣體進(jìn)行化驗(yàn)分析，各組份指標(biāo)正常，清潔無(wú)雜質(zhì)。然后，查看壓縮機(jī)組進(jìn)氣壓力趨勢(shì)圖，進(jìn)氣壓力無(wú)大幅波動(dòng)，均在控制指標(biāo)要求范圍內(nèi)。其次，機(jī)組解體回裝過(guò)程中，采用內(nèi)徑激光找正儀現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)組進(jìn)行缸套與十字頭滑道同軸度統(tǒng)檢驗(yàn)，缸套較十字頭低0.05mm（標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.07mm）在合格范圍內(nèi)。

一段缸活塞環(huán)的比壓核算，該機(jī)組使用的是填充四氟乙烯活塞環(huán)，它是一個(gè)具有較好彈性的開口環(huán)，在自由狀態(tài)下，有一個(gè)開口間隙，當(dāng)裝入氣缸內(nèi)，被迫合攏呈圓環(huán)，在切口部位有熱膨脹間隙?；钊h(huán)具有彈力，自由狀態(tài)下就緊貼氣缸內(nèi)壁，所受到的約束力稱為初彈比壓?；钊h(huán)實(shí)現(xiàn)密封的前提是需要有初彈比壓，才能建立起壓力差，而活塞環(huán)的初彈比壓與環(huán)的自由開口間隙有很大關(guān)系。壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，密封比壓隨氣缸內(nèi)、外壓力差的增大而增大，因此活塞環(huán)具有自緊密封的作用。僅從密封來(lái)看，密封比壓越大越好，但是如果密封比壓過(guò)大，會(huì)使活塞環(huán)或缸套磨損嚴(yán)重，影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

對(duì)故障環(huán)進(jìn)行第三方檢測(cè)，材料組分及部分可檢測(cè)的物理性能參數(shù)（如密度，線性膨脹系數(shù)等），基本符合設(shè)計(jì)值，偏差在容許范圍內(nèi)。但由于非金屬高分子材料的自身特性，一些參數(shù)已無(wú)法檢測(cè)，不排除在壓制、燒結(jié)等工藝過(guò)程中存在問(wèn)題。

通過(guò)以上分析，判斷機(jī)組缸套磨損的主要原因?yàn)閮膳_(tái)機(jī)組所用同批次支撐環(huán)與活塞環(huán)在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中存在問(wèn)題，導(dǎo)致支撐環(huán)與活塞環(huán)在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中快速磨損，磨損后顆粒與潤(rùn)濕油混合后進(jìn)一步加劇了磨損速度，最終使密封體與缸套直接接觸對(duì)缸套造成磨損。同時(shí)也不排除因介質(zhì)組份問(wèn)題造成故障的可能。

3.管理原因分析

3.1壓縮機(jī)故障處理技術(shù)經(jīng)驗(yàn)不足

在實(shí)際工作中，由于技術(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)行許多個(gè)小時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，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)氣缸缸套磨損問(wèn)題或掌握氣缸缸套磨損情況。

3.2對(duì)廠家設(shè)計(jì)問(wèn)題的處理能力不足

業(yè)主單位在確認(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)。該機(jī)組前后花了幾年的時(shí)間才將氣缸缸套磨損問(wèn)題查清并完全解決。

3.3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)置振動(dòng)探頭，管理上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(lái)看，氣缸振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題很早就有，只是在運(yùn)行管理中未發(fā)現(xiàn)而已，影響到了氣缸缸套磨損問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)及解決時(shí)效。

4.解決辦法與預(yù)防措施

4.1及時(shí)更換缸套

對(duì)兩臺(tái)壓縮機(jī)一級(jí)缸套進(jìn)行更換，保障機(jī)組性能完好。一段缸套在大型臥式鏜床上將其破壞取出。新缸套采用冷裝后機(jī)加工的方式進(jìn)行尺寸保證。將同批次、同廠商的密封環(huán)、支撐環(huán)進(jìn)行退貨，并要求廠商根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件重新設(shè)計(jì)密封環(huán)、支撐環(huán)材質(zhì)及比壓值。與儀表部門合作對(duì)機(jī)組活塞桿下沉報(bào)警進(jìn)行調(diào)校，以保證在發(fā)生磨損后活塞桿小量下沉?xí)r既報(bào)警，以免造成更嚴(yán)重的后果。

4.2加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，提高系統(tǒng)性分析問(wèn)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(lái)說(shuō)，是相對(duì)于氣缸、活塞等部件來(lái)說(shuō)，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(wú)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(wèn)題時(shí)，要能系統(tǒng)性的全面的分析故障問(wèn)題，查清故障原因，解決故障問(wèn)題。

4.3.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(guò)程中如發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)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。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)引起缸套磨損的可能性因素進(jìn)行分析，判斷出本次磨損的主要原因的所在，并針對(duì)此類問(wèn)題舉一反三，采取多種可控手段避免此類事故的再次發(fā)生。

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