往复式天然气压缩机常见故障分析与诊断

中国科技博览 / 2018年09月18日 09:02

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亓昊珣

[摘 要]往复式压缩机以其简单的结构、成熟的技术在天然气加工、输送领域有着广泛的应用,其工作的可靠性、安全性对保障油田生产安全平稳运行具有重要意义。文中介绍了往复式压缩机的工作原理,系统分析了发生零部件机械故障、动力性能故障、振动异常的原因,为切实做好故障诊断提供参考。

[关键词]往复式天然气压缩机;零部件故障;动力性能故障;振动异常

中图分类号:TH45 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)03-0026-01

前言:

在石油工业中,往复式压缩机得到了广泛的应用。天然气压缩机是提升压力的设备,由于往复式压缩机增压范围广、效率高等优点,以致在石油的开采和天然气的处理方面都不可或缺。为了满足天然气的增压脱水、脱硫分离、减压膨胀制冷等工艺要求,必须将原料气压力提高到工艺设计要求。所以天然气压缩机组是用于原油开采、天然气处理和增压集输等工艺的重要技术设备。

1 往复式压缩机工作原理

往复式压缩机组结构上分为三大部分:发动机、曲轴箱和压缩机。发动机提供动力通过曲轴传递给压缩机。发动机是由四缸二冲程内燃机组成,主要零部件有缸体、火花塞、燃气注气阀、活塞、活塞环、活塞杆、刮油环、十字头动力连杆等等。空气经空气阀道进入缸体和燃气注气阀喷射的燃气混合,当活塞运动临近上死点位置时,火花塞电子打火,空气和燃气的混合气爆燃推动活塞向曲轴箱运动。压缩机分为一级压缩和二级压缩,主要零部件有压缩连杆、十字头、刮油环、填料密封环、活塞等等。曲轴旋转带动活塞往复运动,当进气阀打开时,工艺气被吸入压缩缸。活塞继续前进,进气阀关闭,活塞压缩石油气体。当压力达到 0.8MPa 左右,排气阀打开,工艺气进入二级压缩缸。第二级压缩过程和第一级压缩过程原理一样,最终气体压力达到要求后,进入后续工艺流程。

2 往复式天然气压缩机主要零部件的机械故障及分析

2.1氣阀故障分析

(1)阀片损坏。气阀在开启或关闭时,频繁撞击阀座,产生撞击载荷和交变载荷,使阀片容易疲劳断裂。并且阀片在运动时与导向块工作面产生的摩擦磨损,导致阀片强度降低,使用寿命缩短,阀片卡死损坏。

(2)气阀弹簧损坏。阀片在开启或关闭时,弹簧变形,承受交变循环载荷并且磨损降低弹簧强度,最终会引起疲劳损坏。工艺气中含有的硫化物对弹簧材料进行腐蚀,引起应力集中;弹簧材料达不到要求,处理工艺有缺陷,这些都会导致弹簧伸缩时断裂。

(3)气阀漏气。阀座的螺栓没安装到位或气缸与阀座之间的铝垫变形,密封不严,导致气阀漏气。阀片弹簧预压缩量不足,阀片和阀道接触力不够,导致气阀出现漏气。

2.2活塞环故障分析

活塞环也是往复式压缩机易损坏的部件之一,其作用是阻止气体外泄,与气缸形成压缩容积。活塞环常见故障有:活塞环断裂;活塞环涨死;失去弹性,不能自由膨胀。当活塞环发生故障时,其故障表象包括:本级排气温度过高,本级排气压力过低和压缩机排气量降低。

2.3活塞杆故障分析

往复式压缩机的活塞杆断裂事故也比较常见。活塞杆发生断裂的地方多数是在活塞与十字头的连接处。活塞杆的材质、热处理问题(存在粗晶和塑性不符合要求)或加工质量问题(活塞杆跳动量过大),使活塞杆在往复运动容易疲劳损坏。

2.4曲轴故障分析

曲轴是压缩机中传递动力的重要部件。曲轴断裂将使曲轴箱、连杆、十字头或活塞等发生一系列连锁性破坏。曲轴故障多数发生在拐臂处断裂,因为轴颈与曲拐过渡圆是最严重的应力集中点,该处最容易发生疲劳断裂。如果过渡圆角不圆,表面粗糙,此处易产生裂纹而断裂。除此之外,紧急停车产生的剧烈冲击,安装不正确,轴瓦在曲轴上装配不良等原因也会导致曲轴磨损加大,直至报废。

3 往复式天然气压缩机动力性能故障及分析

3.1压力异常故障

压力异常包括:一级吸气压力低,二级吸气压力低,一级吸气压力高,排气压力低,排气压力高和压力不稳定等。造成压力异常原因有:①吸气阀片升程量过小使气流通道面积减少,工艺气通过吸气阀的瞬时流量降低,从而导致一级吸入压力过低,还有工艺流程导致供气量不足,也会导致吸入压力过低;②当一级压缩过程中,产生机械故障后,气体经一级压缩后,压力达不到标准,导致二级吸入压力过低;③由于二级压缩出现故障,导致二级高压气体窜入一级压缩缸。工艺气量压力波动大,进气量增大,导致吸气压力高;④排气压力高当二级吸气压力偏高,压力比不变的情况下,二级压缩的气体必然压力偏高;⑤压力不稳定当吸入压力波动过大,从而影响到整个机组的排气压力,还有气阀启动或关闭不及时,高压气体将会窜入低压缸内,导致压力不稳定。

3.2 温度异常故障

温度异常包括压缩机吸、排气温度过高,气缸、轴承、活塞杆、机体等各部件过热。吸、排气温度过高属于介质在压缩过程中状态不正常产生的,会导致气缸、阀门积炭、磨损和零部件变形、损坏。各部件过热的原因是摩擦发热过大或者摩擦副润滑、冷却不到位等。摩擦过热情况可引起两种后果:在较高温度下使摩擦副加快磨损;热量不断积聚,直至烧毁摩擦表面,酿成重大事故。

3.3 润滑油系统故障

润滑油系统故障主要有:①润滑油压力低。当润滑油泵出现机械故障或储罐油位太低不能吸入,润滑油不能增压,导致润滑油压力偏低。如果润滑油泵过滤器堵塞或者润滑油管线漏油,油回流到油池,油压降低;②润滑油温度高。运动部件配合不良,间隙过小或配合表面质量不好,摩擦阻力大导致发热量大,油温升高;③润滑油不足。吸油过滤网堵塞或油管堵塞时,吸入的油量较少,润滑油出现不足现象。当注油器柱塞与柱塞孔磨损或注油器上的逆阀不严密,润滑油产生泄露,供油量会过少。

4 往复式天然气压缩机振动异常分析

4.1气缸异常振动

气缸与基础固定不牢固,运行时振动加剧形成异常振动。安装和检修时气缸余隙容积留得过小,气缸盖与活塞的前后死点间隙过小,产生直接碰撞。缸润滑油过多或过少,都会引起气缸产生不正常响声。过多的润滑油产生油垢,油量过少又会引起拉缸使气缸磨损。安装时由于曲轴与气缸轴线不垂直,连杆、十字头、活塞,与气缸中心线不重合,误差超过允许值,在压缩机运转过程中也会使气缸产生振动。

4.2运动机构异常振动

压缩机运转中,由于曲轴箱内曲轴瓦螺栓、连杆螺栓、十字头螺栓等松动、折断、脱扣等引起曲轴箱内的异常振动。连杆大头与连杆瓦之间的配合间隙过大,压缩机部件在运动中磨损、松动,都会引起曲轴箱内产生异常振动。于压缩机十字头销与十字头、活塞销与活塞销座之间的链接松动或磨损,造成异常振动。

4.3 吸、排气阀振动

吸、排气阀的阀片材质不达标,疲劳断裂、磨损断裂后,卡在空气阀道中或掉落与气缸内,产生异常振动。气阀弹簧断裂,阀片对阀座和升程限制器的冲击载荷增大,产生异常振动。阀盖安装不平或螺栓紧固力不够,导致漏气,产生异常振动。

5 结束语

往复式天然气压缩机组的结构复杂,零部件多,机构之间联系紧密,某一部分发生故障,往往会引起整台设备的瘫痪,导致整个装置停工,造成很大的经济损失,甚至危害人身安全。因此,需要不断提高机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性,以提升系统效率和降低能耗,确保生产安全、平稳运行。

参考文献

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