煤锁气压缩机活塞杆失效分析

王铭然

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司  内蒙古 赤峰 025350

摘要：煤锁气压缩机活塞杆为承受高速载荷的重要运动结构部件，针对此次活塞杆断裂事故分析其断裂原因，认为活塞杆短时间内发生的失效模式可能为脆性断裂。导致活塞杆失效的可能原因包括：一是活塞杆材质中存在氧化类非金属夹杂物，二是活塞杆机加工、热处理工艺存在质量问题，三是活塞杆锁紧螺母装反，使得连接部件发生松懈；在压缩机运行过程中，使活塞杆受力产生扭转载荷，导致活塞杆损坏。为了避免此类事故的发生，针对活塞杆断裂现象提出了可行有效的预防措施，为避免往复式活塞压缩机此类事故的发生，提供了一定的借鉴经验。

关键词：煤锁气压缩机；活塞杆失效；对策

前言

往复式压缩机是最常用的容积式压缩机，具有制造技术成熟、热效率高、压力范围广、适应性强、排气量调节范围大、材料要求简单等优点，广泛应用于石油化工、煤化工、氮肥等领域的各类气体压缩场合。活塞杆是压缩机重要的承载零部件，其质量影响着压缩机组的寿命和可靠性，由于材料缺陷、热处理与加工工艺、使用工况等影响，活塞杆经常发生失效事故；活塞杆的主要失效形式是断裂，造成断裂的因素很多，除疲劳载荷以外，还包含安装精度、介质腐蚀、结构不合理等诸多因素。本文以煤锁气压缩机活塞杆断裂失效事故为例，通过分析检测找出活塞杆断裂的原因，提出相应的预防措施及解决方案，以避免或减少活塞杆断裂事故的发生，为同类往复式压缩机的安装、维护和稳定运行提供技术指导。

1煤锁气压缩机概况

1.1压缩机简介

       煤锁气压缩机机型是6MD50—490/40，打气量490m3/h，压缩机电机4100kw。每期岗位各配套有三台（31/32V001A/B/C）六列四级对称平衡型往复式活塞压缩机，采用同步电机驱动。三台压缩机二开一备，互为备 用。煤锁气压缩机一级压缩三个气缸，二、三、四级压缩各一个气缸。动力来源为电机驱动，压缩机组主要包括电机、曲轴箱和压缩机；活塞杆材质为17-4PH（05Cr17Ni4Cu4Nb），操作介质为煤锁气。

1.2简要流程

煤锁气压缩机是装置的关键设备，主要作用是提高煤锁气的工作压力。以一级压缩气缸系统工程为例，压缩机各级间的典型流程：煤锁气经入口 K1阀门和过滤器后进入一级入口前分离器31/32-F005，以进一步分离气体中的 液体成份，分离出的液体送至隔油池，而气体则经一级入口缓冲器31/32-BS001 后分布至一级的三个气缸，经压缩的气体进入一级出口缓冲器31/32-BD001。由 于压缩后的气体温度升高，在进入二级气缸前设置有一级循环水冷却器 31/32-W001，水冷器为管壳式，气相走壳程，液相走管程。冷却后部分液体析出， 经一级分离器31/32-F001分离后，液体送至隔油池，气体送往二级气缸系统。

二、三、四级压缩气缸系统与一级气缸相同，设置有分离器、缓冲器和冷却 器。

在各级间设置缓冲器、冷却器和分离器的主要作用使压缩气体得以稳压、冷 却及气液分离。

各级气体经冷却、分离出的冷凝液，汇总后一级收集到隔油池31/32-B001 系统（二三四级直接去811/831-B08）。

经四级压缩后，煤锁气的压力由0.0015MPaG提升至4.0MPaG，送往煤气变 换冷却装置。

在管路系统中设有一回一、四回一管线及放空管线，以便于开车、停车、系 统加减负荷及故障时进行流量调节。

本机组各级气路中设有安全阀，用于事故放空，当发生超压，各级安全阀将 会启动卸压保证运行安全。

2活塞杆常见失效形式及成因分析

根据多年压缩机运维经验，活塞杆表面尽管经过硬化处理，但随着使用时间的延长，以及一些偶发意外情况，活塞杆表面与填料接触部位依然会产生摩擦磨损、划伤、弯曲等失效形式，轻者造成介质泄露、重者造成活塞杆断裂、填料函组件破裂、密封完全失效。

2.1摩擦磨损

如果填料函冷却系统故障导致冷却不充分，摩擦热则不能被及时带走，由于填料环热膨胀系数较大，摩擦热量会导致其热膨胀变形增大，压迫活塞杆表面。再加上填料环弹簧紧箍力大，摩擦磨损加剧，形成恶性循环。在异常加大的压力作用下，就会造成活塞杆与填料接触面发生异常磨损，造成填料环与活塞杆之间的缝隙增大，介质泄漏量增加，最终密封失效。另外，如果填料密封处注油量过小，也会导致活塞杆润滑效果不好，造成磨损速度加快。

2.2划伤沟槽

主要由活塞杆与填料摩擦副之间的颗粒磨损引起。在维保现场检查有时会发现在压缩机填料密封腔体中有大量沉积物。这些沉积物是由工艺介质夹带过来的微细固体粉尘或结焦的碳粒组成，其硬度往往很高。其在密封腔处的沉积不但会造成密封填料严重的磨损，而且会在活塞杆表面形成轴向沟槽划伤，从而大大缩短填料密封环及活塞杆的使用寿命。

2.3弯曲

当活塞杆摩擦副表面偏磨、活塞环损坏或者涨死时，会导致活塞杆承受的拉、压交变载荷骤然变大，往往会造成弯曲形变，严重时甚至会发生断裂事故。

3活塞杆再制造的必要性和可行性

活塞杆是压缩机上的易损件，需要定期进行检查，并对磨损件进行更换，因此形成大量失效退役旧件积压。由于活塞杆精度高、制造工艺复杂，因此其价值非常可观，部分机组所用配件还是进口产品，如果全部报废则会形成大量资源和资金浪费。通过对废旧活塞杆的批量检测发现，造成报废的主要原因是活塞杆与填料摩擦副表面的摩擦磨损，其中磨损严重的少部分活塞杆伴随发生微量弯曲形变（跳动公差0.03~0.50之间）。极少发生影响结构强度的严重磨损（磨损深度＞0.25）、折断、开裂、穴蚀等严重缺陷。如果通过再制造技术手段将磨损部位进行增材修复，并恢复其直线度、硬度、粗糙度等性能指标，完全可以将这些退役的旧活塞杆进行重复使用，实现节约成本、减少资源浪费的目的，具有广阔的市场需求和现实意义。

4往复式压缩机活塞杆失效问题的解决措施

4.1选择质量较好的活塞杆

严守质量关是解决往复式压缩机活塞杆失效的根本途径。首先，企业要合理规划图纸，严格按照国家标准进行合理规划，要选择专业的人士进行图纸规划，不能为了节约资源就草草了事。其次，要选择有经验、且具有一定知识储备能力的车间技术人才来进行活塞杆的制备工作，一定能要注意细长轴加工这一难点问题，员工不可存在懈怠偷懒等问题，一定要严把质量关。最后，要选择有保障、有信誉的企业进行制造。因为往复式压缩机是化工生产行业的关键机器，且化工行业具有一定的危险性，它关系到无数的生命，关系到整个社会的和谐发展。

4.2定期检查与维修

在往复式压缩机活塞杆设计好并完全应用之后，工作人员也不可以懈怠，必须要进行后期维护工作。而且在后期维护的过程中，不能仅仅因为整体运行是最重要的，就忽视了对活塞杆的后期维护工作。相关部门一定要注意向工作人员传导两个都要进行维护的意识，培养工作人员在进行后期维护时的习惯，让他们按照标准规定进行维护。工作人员应及时地了解到自己所负责的设备的运行状况，做好自己的本职工作，保证活塞杆的运行质量。另一方面，企业也要加大对往复式压缩机活塞杆的重视力度。不能只顾眼前这些蝇头小利，要有着长远的目光，如果活塞杆的设计安装的不好，一旦发生造成事故，损失的收入将会是设备维护费的几十倍甚至于几百倍。

结束语

往复式压缩机活塞杆失效的原因主要由活塞杆质量差、活塞杆填料处发热或漏气、活塞杆断裂组成，掌握其相应的解决办法，减少不必要的损失。往复式压缩机在化工行业的应用极其广泛，它给工业生产带来巨大的经济效益，推动工业的发展。我们应在不断的探索中不断地改进和发现更多的解决措施，进行不断的总结，为今后的化工生产提出更多更好的方案。

参考文献：

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