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产品与技术/ Products and Technology

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压缩机气阀对曲轴反向角和安全运行的影响
更新时间 2022-05-20     已被浏览: 25174

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产品描述

0  引言

 

往复式压缩机是一种应用广泛的气体增压集输装备。气阀是压缩机的重要部件,属于易损件。气阀质量及工作的好坏直接影响压缩机的输气量、功率损耗和运转可靠性。为此,气阀亦被称作压缩机的“心脏”。往复式压缩机依靠活塞在缸内的往复运动来压缩气体,使气体在气缸内完成膨胀、进气、压缩、排气等4个过程,将低压气体升压输出。活塞杆作往复运动时受到压力或拉力,受压时活塞销压向衬套一侧,另一侧出现间隙,润滑油进入,该侧的十字头销和衬套得到润滑和冷却。如果只有一个方向受力,受压一侧就得不到润滑和冷却。因此,受力方向必须周期改变并保持一定时间,使得润滑油充分进入,使连杆小头衬套两侧轮流得到润滑和冷却,这个时间以曲轴转角表示,称为反向角。没有足够大的反向角,十字头和衬套将在很短时间内烧损。

 

API 618标准规定反向角不小于15°,COOPER压缩机要求在30°以上(休波瑞尔的技术标准是反向角不小于30°),ARIAL公司规定最小反向角不小于25°。

 

往复式压缩机气阀失效形式很多,据不完全统计,压缩机故障停机概率40%以上是因气阀故障引起的。因气阀故障或安装失误,导致压缩机十字头、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和曲轴连杆轴颈烧损事故也时有发生。通过2个典型案例,说明压缩机气阀故障对曲轴反向角的影响。

 

1  案例分析

 

1.1案例1

 

1.1.1基本情况

 

某处理站2011年5月投用1台CAMERON公司WH74四级压缩机组,用于天然气增压,单台机组设计排气量为2×105Nm3/d,最大允许排气压力12MPa,故障时累计运行25903h。

 

1.1.2运行与拆检情况

 

压缩机运行中出现四级排温高保护停机,大约0.5h后运行人员启机,启机过程中3#主轴承温度高报警,未启机成功,停机待检查。维修人员对机组实施拆检,发现第四级压缩缸十字头上下滑板磨损,合金层部分脱落;连杆小头衬套磨损严重;连杆大头轴瓦错位,定位唇失效,磨损严重并存在高温变形;曲轴3#连杆轴颈磨损。拆检第四级压缩缸气阀,发现前端一只排气阀内部零件严重损坏,阀片、弹簧片断裂残缺,故障图片如图所示。

1.1.3原因分析

 

(1)直接原因

 

四级前部排气阀内部零件损坏后,四级活塞前部气缸与排气道连通,造成四级压缩缸前部(盖侧)在一个工作循环中缸内压力几乎与排气道压力一致。导致十字头销只能承受一个方向的活塞力,使得十字头销与连杆小头衬套之间始终保持一个方向或一个部位接触,造成连杆轴瓦与连杆轴颈之间、十字头销与连杆小头衬套之间不能形成间隙,润滑油不能进入,导致上述运动副得不到有效润滑,出现干摩擦,温度升高,造成压缩机十字头、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和曲轴连杆轴颈全部烧损。

 

(2)间接原因

 

运行人员在机组四级排温高保护停机后,不分析排温异常原因,也不通知维护人员或在出现四级排温高保护停机后,即采取停机待查措施。而是采取消除报警,实施启机操作(四级排温高保护停机,大约0.5h后启机),致使该起事故范围扩大,损坏情况加重。

 

1.1.4处置与预防

 

(1)处置措施

 

对第四级压缩缸十字头和连杆组件进行检测,更换所有损坏部件。3#曲轴连杆轴颈磨损严重,现场无法处理,曲轴送专业厂家维修、校正。

 

(2)预防措施

 

运行应关注压缩机排气温度变化,发现问题及时检查处理。在未查明机组异常情况之前,不能强行启机,避免严重事故。严格按照操作规程启停机组,启机前一定要盘车,检查阻卡情况。

 

1.2案例2

 

1.2.1基本情况

 

某处理站气举装置采用D-R公司4HOS四级压缩机,单台机组设计排气量为2×105Nm3/d,最大允许排气压力12MPa。设备维保人员对机组实施年保,启机空载磨合后,在加载运行初期,压缩机声音出现异常,立即紧急停机,实施盘车检查,存在阻卡,曲轴转动范围小。

 

1.2.2拆检情况

 

第四级压缩3#缸连杆小头衬套与十字头销因缺油发生高温烧损,出现高温粘合,十字头销不能拆除。拆除四级压缩缸体,整体移除十字头组件与连杆组件。

 

1.2.3原因分析

 

(1)直接原因。设备维保人员对压缩机气阀实施检修后回装过程中,误将四级压缩缸前端进、排气阀装反了位置(该4HOS压缩机四级压缩缸气阀数为两进、两排),造成反向角过小或为零。加载运行时活塞杆负荷无反向,十字头销总压在连杆小头衬套的一侧,受压一侧始终无间隙,没有润滑油进入,缺乏润滑和冷却,连杆小头衬套局部温度升高,造成十字头销衬套、十字头销及十字头滑板烧损。

 

(2)间接原因。安装失误。

 

1.2.4处置及预防

 

(1)处置措施

 

更换四级压缩缸连杆总成、十字头总成和十字头销。

 

(2)预防措施

 

安装前对气阀进行确认,区分进、排气阀。实际工作中,可先装排气阀,后装进气阀,可有效避免误装。

 

2  几点建议

 

(1)实际工作中,对于多级高压压缩机组,一定要关注高压级气缸排温变化。若出现排温异常或排温高保护停机,一定要排查气阀。曲柄端进气阀,缸头端排气阀出现问题易出现十字头衬套烧损,因曲柄端进气阀,缸头端排气阀故障,易导致反向角变小。小缸径在大压比的工况下,活塞将会产生较大的气体力,引起无反向角或反向角过小,十字头销只能承载一个方向的活塞力,使十字头销与连杆小头衬套之间不能形成正常的润滑油膜,导致小头衬套局部温度偏高,造成严重磨损或烧损。

 

(2)编写多级高压压缩机组操作规程时,应根据压缩机设计厂家反向角计算表,结合现场具体工艺要求和工况条件,避开导致反向角过小工况;现场工况改变时,必须重新核算确认。提前识别风险,确保机组安全平稳运行。

 

(3)日常运维工作中,尤其是调整余隙后,应重视反向角。余隙大小也会影响到综合活塞力的分布,在压比一定情况下,余隙大小决定了气体膨胀过程的长短,因此其也会对反向角造成一定影响。增大压缩缸余隙,使得机组负荷降低,但使无反向倾向增加。

 

(4)单作用气缸很容易产生无反向角,缸头端单作用比曲轴端单作用更易造成无反向情况,实际应用要慎重。若必须采用,一般拆除缸头端的气阀,让其卸荷,而曲轴端一侧气缸工作。

 

(5)对于采用无级气量调节系统的压缩机,应注意避免长时间在低负荷工况运行。

 

3  结束语

 

往复式压缩机气阀对机组运行影响较大,有时甚至是致命的。因此在实际工作中,应把好“三关”(气阀质量、检修与安装、运行),以减少或避免非计划停机和事故。只有气阀安全,往复式压缩机的本质安全才有所保证,只有杜绝人的不安全行为,才能减少和避免事故的发生,降低小事件引发大事故的概率。

 

作者:唐军(西南油气田蜀南气矿工艺研究所)

 

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