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張書(shū)波

（中國石油大慶石化公司化工二廠(chǎng)）

摘　要：通過(guò)一起迷宮活塞壓縮機級間壓力異常升高、末級排氣流量降低的故障實(shí)例，詳細分析了該類(lèi)壓縮機出現這種故障的各種原因可能性，并重點(diǎn)分析了導致迷宮活塞與氣缸磨損的根源所在，指出了活塞桿導向軸承處的潤滑不足問(wèn)題，臨末結合設備實(shí)際運行情況，給出了合理有效地改進(jìn)措施，為該類(lèi)壓縮機的設計、選型和日常維護提供了參考經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：迷宮活塞；壓縮機；導向軸承；潤滑

1　引言

中國石油大慶石化公司化工二廠(chǎng)5000t/a己烯-1裝置采用乙烯三聚合成己烯-1技術(shù)。其關(guān)鍵設備C-201乙烯壓縮機，結構為迷宮活塞式往復壓縮機，具有無(wú)油潤滑、磨損量小、不污染介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。隨著(zhù)生產(chǎn)的進(jìn)行，該壓縮機出現了級間壓力異常升高問(wèn)題，導致一級排氣安全閥頻繁起跳，末級排氣流量減少，嚴重影響了裝置的正常生產(chǎn)。

2　C-201乙烯壓縮機簡(jiǎn)介

己烯-1裝置C-201乙烯壓縮機為國內某廠(chǎng)生產(chǎn)，型號為2D-140MG-1.24/12-55，兩列兩級迷宮活塞式往復壓縮機，立式安裝，氣缸為無(wú)油潤滑，水冷，雙作用。工藝介質(zhì)為乙烯，由1.20MPa（G）壓縮至5.50MPa（G），排氣量（吸入狀態(tài)）為1.24m³/min，單層平面布置，其基本結構如圖1所示。

該壓縮機具有2個(gè)氣缸，均為雙作用，進(jìn)、排氣口為側進(jìn)側出，在氣缸內壁上開(kāi)有迷宮槽?；钊麨槊詫m活塞，外壁上開(kāi)有迷宮槽，活塞與氣缸不存在摩擦，無(wú)需潤滑，保證了工藝介質(zhì)的潔凈。

活塞與氣缸的密封依靠迷宮槽對氣體的節流來(lái)達到密封作用?；钊麠U與氣缸底部的密封采用迷宮式填料密封，用來(lái)密封氣缸中的高壓氣體沿活塞桿向下泄漏，材質(zhì)為石墨。

該壓縮機在活塞桿中間位置設置有導向軸承，對活塞與活塞桿的運動(dòng)進(jìn)行預導向，防止活塞與活塞桿發(fā)生徑向偏移。導向軸承與活塞桿的潤滑采用飛濺潤滑方式，由活塞桿運動(dòng)時(shí)帶上去的潤滑油潤滑。在導向軸承的上端設置有刮油環(huán)，用來(lái)刮下黏附在活塞桿上的潤滑油，使活塞桿帶上去的潤滑油可以返回壓縮機底部油箱。

3　級間壓力異常升高問(wèn)題說(shuō)明

該壓縮機一級排氣壓力正常為2.64MPa，安全閥起跳壓力為2.85MPa。發(fā)生故障時(shí)一級排氣壓力異常漲到2.82~2.90MPa之間，一級排氣安全閥頻繁起跳，末級排氣量減少。該壓縮機原設計排氣量在1280kg/h，發(fā)生故障時(shí)，實(shí)際流量只能達到890kg/h，已經(jīng)不能滿(mǎn)足正常生產(chǎn)需要。工廠(chǎng)起初懷疑是氣閥泄漏，但是更換氣閥后沒(méi)有好轉。為了維持生產(chǎn)，工廠(chǎng)臨時(shí)采取了提高一級進(jìn)氣壓力的措施，這樣對排氣量有所提升，但是加劇了級間壓力的升高，安全閥一直起跳，并且逼近了一級排氣緩沖罐的設計壓力3.0MPa，被迫停工對該壓縮機進(jìn)行檢修。

4　級間壓力異常升高原因分析

對于迷宮活塞式往復壓縮機來(lái)說(shuō)，級間壓力異常升高，末級排氣量減少的原因主要有以下幾點(diǎn)：

4.1氣閥泄漏

多級往復壓縮機一級排氣壓力異常升高常見(jiàn)的原因就是氣閥泄漏。（1）需要檢查二級進(jìn)氣閥。如果二級進(jìn)氣閥泄漏，二級壓縮后的高壓氣體返回一級，導致一級排氣壓力升高。（2）需要檢查一級排氣閥。如果一級排氣閥泄漏，一級壓縮后的高壓氣體排不出去，從而導致一級排氣壓力升高。（3）需要檢查二級排氣閥。如果二級排氣閥泄漏，二級高壓氣體排不出去，就會(huì )影響二級進(jìn)氣的吸氣量，導致一級排氣憋壓，從而引起一級排氣壓力升高。以上3種氣閥泄漏情況，都會(huì )引起一級排氣壓力升高、末級排氣流量減少，但與此同時(shí)，由于高壓氣體回串，也會(huì )導致氣體溫度升高，隨之氣閥的閥蓋溫度會(huì )升高。但發(fā)生故障時(shí)，現場(chǎng)用紅外測溫儀測量氣閥的閥蓋溫度，閥蓋的溫度相對低于該處氣體溫度10~15℃，檢查各級的進(jìn)排氣溫度，也沒(méi)有發(fā)現較平時(shí)有異常升高，所以此次故障原因可排除氣閥泄漏。實(shí)際檢修情況也表明，這次故障跟氣閥泄漏沒(méi)有關(guān)系。

4.2填料密封磨損

該壓縮機的活塞桿密封填料由兩種密封環(huán)組成，分為接觸式和非接觸式，填料環(huán)的內壁開(kāi)有迷宮槽，通過(guò)對氣體的節流來(lái)達到密封作用。該壓縮機填料密封共有9道密封環(huán)，從氣缸開(kāi)始第4道密封環(huán)后有一條漏氣回收管道去該級進(jìn)氣緩沖罐，第8道密封環(huán)后有一條漏氣回收管道去火炬放空，臨末再有泄漏的乙烯則隨通入隔室的氮氣一起排至室外大氣。經(jīng)運行期間的觀(guān)察和監測，2個(gè)氣缸的一次漏氣回收管道外壁溫度無(wú)明顯變化，一級填料的二次漏氣回收管道外壁溫度一直在40℃左右，也沒(méi)有明顯升高，而二級填料密封的漏氣回收管道，平時(shí)該管道表面溫度基本在48~56℃之間，在故障發(fā)生期間，一級排氣安全閥起跳的時(shí)候，現場(chǎng)測該管道表面溫度達到了70℃，說(shuō)明該處漏氣量明顯增大。另外，末次泄漏的少量乙烯與隔離氮氣混合后排至室外大氣，我們在該排放口處用可燃氣體報警儀測得可燃氣濃度為50%LEL，而以往平時(shí)監測該處可燃氣濃度一直在30%LEL左右，這也說(shuō)明了乙烯的漏量有所增加。所以，可判斷二級填料密封發(fā)生磨損，導致二級氣缸排氣量損失，泄漏的高壓氣體一部分經(jīng)漏氣回收管道返回二級入口，又造成了一級排氣壓力升高。

4.3氣缸和活塞磨損

該壓縮機的活塞為迷宮式，活塞外壁開(kāi)有迷宮槽，同時(shí)氣缸內壁也開(kāi)有迷宮槽。迷宮式活塞由于活塞與氣缸內壁存在間隙，依靠表面梳齒的層層節流來(lái)實(shí)現密封。該類(lèi)壓縮機對于活塞和氣缸的間隙以及活塞的裝配精度，尤其是活塞的運行軌跡要求非常嚴格，其中活塞與氣缸的直徑間隙只有0.20mm，如果活塞與氣缸接觸就會(huì )產(chǎn)生摩擦，進(jìn)而破壞活塞表面梳齒，引起迷宮密封失效，氣缸內高壓氣體回串，導致級間壓力升高，排氣流量減少。為了確?；钊\行軌跡始終保持直線(xiàn)而不發(fā)生偏差，該壓縮機在活塞桿中間部位設置

有導向軸承，以防止活塞偏移和氣缸摩擦。導向軸承和活塞桿的直徑間隙只有0.06mm，配合要求十分嚴格。迷宮活塞壓縮機相對于普通活塞壓縮機先進(jìn)之處就在于其活塞為迷宮結構，設計基礎就是活塞與氣缸無(wú)摩擦，對于活塞的運動(dòng)軌跡及運行配合的制造和安裝要求也是非?？量?。所以，活塞和氣缸一般不會(huì )發(fā)生磨損，但實(shí)際情況是，此次故障的原因恰恰就出現在這里。

5　檢修處理經(jīng)過(guò)

出現問(wèn)題后，工廠(chǎng)共進(jìn)行了兩次檢修。第一次進(jìn)行了小修，更換了全部氣閥，但是故障仍舊存在。第二次進(jìn)行了中修，拆卸了活塞、填料密封、刮油環(huán)、導向軸承等組件，詳細檢查了各部件的磨損情況和配合間隙。檢查發(fā)現活塞、氣缸、填料密封、導向軸承均有不同程度的磨損情況。

5.1填料密封磨損情況

如圖2、圖3所示：二級填料密封磨損嚴重，密封內有黑色粉末狀磨損產(chǎn)物，對應活塞桿處有黑色磨痕?？膳袛啵憾壧盍厦芊饽p，導致氣缸泄漏量增大，造成排氣量降低。泄漏的高壓氣體經(jīng)漏氣回收管道返回二級進(jìn)氣入口，影響到了一級排氣量，從而造成一級排氣憋壓，級間壓力升高。

5.2活塞與氣缸磨損情況

如圖4、圖5所示：二級活塞外壁嚴重偏磨，磨損側表面梳齒幾近磨平。二級氣缸內壁對應部位嚴重偏磨，磨損痕跡特別明顯。經(jīng)測量，2個(gè)活塞與氣缸周邊間隙不均勻，其中二級活塞與氣缸間隙超差嚴重?？膳袛啵夯钊c氣缸磨損，則吸、排氣兩側氣體互串，降低了氣缸內壓縮效率，導致級間壓力升高，排氣量降低。

5.3導向軸承磨損情況

如圖6所示：二級導向軸承有磨損，內壁有燒研情況，對應二級活塞桿處有巴氏合金殘留。經(jīng)測量，二級導向軸承內徑尺寸超差嚴重。據此可判斷：由于導向軸承的作用是為活塞的運動(dòng)進(jìn)行導向，如果導向軸承磨損，那么活塞運動(dòng)將有所偏移，從而導致填料密封和活塞磨損。綜上所述，此次故障的原因主要是導向軸承磨損，進(jìn)而造成活塞、氣缸、填料密封磨損，從而引起級間壓力升高、二級排氣量降低。下面，對導向軸承磨損的原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

5.4導向軸承磨損原因分析

裝配原因。導向軸承與活塞桿的廠(chǎng)家給定標準間隙值為0.04~0.08mm，間隙值比較小?；钊麠U與十字頭的連接方式為螺紋連接，安裝時(shí)調整難度較高，稍有偏差就會(huì )造成活塞桿與導向軸承一側接觸，進(jìn)而造成導向軸承磨損、燒研。僅對本次故障來(lái)說(shuō)，由于壓縮機的安裝是在機器廠(chǎng)家技術(shù)人員指導下完成的，所以可排除裝配方面的原因。

潤滑原因。導向軸承與活塞桿之間的潤滑由于采用飛濺潤滑，沒(méi)有穩定的外供潤滑油系統，僅是依靠十字頭做往復運動(dòng)時(shí)甩出的潤滑油進(jìn)行潤滑。在壓縮機運行初期，潤滑油溫度較低，粘度相對較大，十字頭甩出的油量較少，導向軸承與活塞桿之間難以形成穩定的油膜，潤滑條件不夠充足，極易造成活塞桿與導向軸承之間產(chǎn)生干摩擦，這種情況在冬季尤為突出。并且，在壓縮機剛停機時(shí)，活塞桿的往復運動(dòng)逐漸停止，這期間十字頭甩出的油量也隨之減少，進(jìn)而會(huì )造成導向軸承與活塞桿產(chǎn)生摩擦。待壓縮機完全停止后，導向軸承與活塞桿處沒(méi)有持續潤滑油進(jìn)行冷卻降溫，也會(huì )影響和降低導向軸承的使用壽命。

6　故障應對措施

綜上所述，造成壓縮機級間壓力異常升高、末級排氣量減少的根本原因就是導向軸承處潤滑不足，進(jìn)而造成導向軸承磨損、活塞桿運動(dòng)偏擺、填料密封磨損、活塞與氣缸磨損等一系列問(wèn)題。所以，針對故障問(wèn)題和設備實(shí)際運行情況，我們和機器廠(chǎng)家溝通后，對壓縮機進(jìn)行了優(yōu)化改造。即：在機身內部增設兩級導向軸承與活塞桿的預潤滑線(xiàn)，提高導?軸承與活塞桿的潤滑效果，避免因潤滑中斷或潤滑不足而造成干摩擦。具體措施為：從現有潤滑油總供油線(xiàn)上引出一根覫8白鋼管，分成兩路，在壓縮機機身兩側鉆孔，進(jìn)入兩級導向軸承下側，分別圍繞相應活塞桿彎曲成環(huán)，鉆出4個(gè)小孔，噴油至活塞桿表面（導向軸承下部約2cm處）。該潤滑油線(xiàn)上安裝有切斷閥，可以進(jìn)行關(guān)閉和開(kāi)啟。在壓縮機正式開(kāi)機前，先啟動(dòng)輔助潤滑油泵進(jìn)行油運，打開(kāi)該潤滑油線(xiàn)對兩級導向軸承進(jìn)行預潤滑，同時(shí)人工盤(pán)車(chē)10圈，使導向軸承與活塞桿接觸部位得到充分潤?，預潤滑時(shí)間不少于5min。壓縮機需要停機時(shí)，則按照原停機程序，待機器完全停止10min后，再關(guān)閉輔助潤滑油泵。

經(jīng)過(guò)改造，壓縮機的導向軸承與活塞桿接觸部位始終有潤滑油潤滑，促進(jìn)了該潤滑部位的液膜形成，極大提升了潤滑效果，同時(shí)也增強了導向軸承與活塞桿之間的密封，避免了壓縮機上層隔室內的乙烯向下泄漏至底部的潤滑油箱。

7　結論

按照國家標準《JB/T11178-2011迷宮活塞壓縮機》所述，迷宮壓縮機的活塞桿導向軸承可采用飛濺潤滑。作者為此進(jìn)行了文獻檢索，并沒(méi)有查到其它為導向軸承額外設置潤滑油的情況。但是，己烯-1裝置生產(chǎn)情況較為特殊，其生產(chǎn)性質(zhì)屬于工業(yè)化試驗，每次開(kāi)工少則幾天，多則月余，工藝生產(chǎn)并不穩定，經(jīng)常需要反復停開(kāi)工。由此壓縮機開(kāi)停機特別頻繁，也就使得導向軸承與活塞桿的潤滑不足問(wèn)題得到放大。長(cháng)此以往，勢必會(huì )加快降低導向軸承的使用壽命。所以，對于需要頻繁啟停的壓縮機，很有必要對導向軸承設置外供潤滑油來(lái)進(jìn)行強制潤滑。

工廠(chǎng)通過(guò)此次改造，有效解決了壓縮機導向軸承與活塞桿潤滑不足問(wèn)題。通過(guò)一年多的運行情況來(lái)看，壓縮機級間壓力異常升高、末級排氣量降低問(wèn)題已經(jīng)得到解決，導向軸承與活塞桿、填料密封與活塞桿、活塞與氣缸沒(méi)再出現偏磨情況，壓縮機能夠平穩運行，各項參數也都在標準范圍內。臨末，希望通過(guò)本次壓縮機故障與優(yōu)化改造實(shí)例，為同類(lèi)企業(yè)迷宮活塞式往復壓縮機的設計選型和運行維護提供一定的參考經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]戴曉洲.迷宮式活塞壓縮機迷宮密封及結構分析[J].化工機械，2000，27（2）

來(lái)源：《壓縮機技術(shù)》

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