壓縮機尾桿及填料泄漏分析

1、Animated cross-section of compressor壓縮機剖面動態(tài)圖連桿通過大頭瓦與曲軸相連刮油盤根活塞桿盤根曲軸箱連桿通過小頭瓦與十字頭相連活塞桿一次機 ( (一一) )一次機基本情況介紹一次機基本情況介紹（二）一次機五段尾桿（二）一次機五段尾桿（三）填料函簡介及故障分析與處理（三）填料函簡介及故障分析與處理（四）簡述一次機開車（四）簡述一次機開車PE 周鵬2014.05(一). C1201概述 增壓/一次壓縮機（PK1201）采用臥式對稱平衡式往復壓縮機（活塞）其型號為：8B6A-2.80, C1201增壓/一次壓縮機共六段，13段為增壓機，46段為一次機，由一臺電機驅(qū)

2、動，與主機配套提供冷卻器、分離器、電機、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及保護壓縮機安全運行的控制聯(lián)鎖系統(tǒng)。 一次壓縮機出口壓力28.50MPaG，氣缸出口法蘭及管道設計需要依據(jù)UHDE高壓標準。這種大流量、高壓力往復活塞式壓縮機的設計制造及安裝，目前僅瑞士的Burckhardt Compression和意大利的GE Nuovo Pignone兩家有經(jīng)驗和成功使用業(yè)績。 增壓/一次壓縮機設計、制造、安裝采用的標準為API618 5th，主電機功率為6300KW，2021-7-113C1201型號表示含義2021-7-1142021-7-115C1201結(jié)構(gòu)圖1.2 C1201參數(shù)說明2021-7-116C

3、1201參數(shù)說明2021-7-117(二) 一次機五段尾桿 1、什么是壓縮機尾桿？ 2、為什么一次機五段要使用尾桿？ 3 、使用尾桿會帶來什么不利因素？2.1、什么是壓縮機尾桿？壓縮機尾桿是指在雙作用活塞壓縮機壓縮機尾桿是指在雙作用活塞壓縮機當中用來減小活塞力和增大反向角的當中用來減小活塞力和增大反向角的一個部件。一般用于活塞桿與活塞桿一個部件。一般用于活塞桿與活塞桿直徑比較小的情況下。特別是在小缸直徑比較小的情況下。特別是在小缸徑在大壓比的工況下。徑在大壓比的工況下。2、2 為什么一次機五段要使用尾桿？（大慶） 1、減小活塞力。 2、增大反向角。 反向角的定義 活塞及所有傳動部件都受拉力和壓

4、力，這個拉力和壓力使十字頭銷壓緊在連桿小頭瓦的一側(cè)，而另一側(cè)則出現(xiàn)間隙，使?jié)櫥驮趬毫ψ饔孟逻M入該間隙，使?jié)櫥屠鋮s和潤滑該側(cè)的大半個十字頭銷和銅套，如果連桿水平方向上所受的合力只向一個方向，十字頭銷始終壓緊在銅套的一側(cè)，那么受壓一側(cè)始終沒有間隙， 也就沒有潤滑和冷卻。因此機組正常運轉(zhuǎn)時， 十字頭銷在水平方向上的合力必須變化， 使兩側(cè)輪流得到潤滑和冷卻，這就是負荷反向的問題，而且這個反向必須保持一定的時間， 使?jié)櫥湍軌虺浞值剡M入以發(fā)揮作用， 這個時間以曲柄轉(zhuǎn)角表示就是“反向角”。壓縮機中的作用力有三種：壓縮機工作時壓縮氣體產(chǎn)生的氣體力和曲柄連桿機構(gòu)運動時產(chǎn)生的慣性力（往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力）

5、和磨擦力（往復摩擦力和旋轉(zhuǎn)摩擦力）。氣體力、往復慣性力、往復磨擦力都是沿著氣缸中心線方向作用，它們的代數(shù)和稱為為綜合活塞力單作用綜合活塞力雙作用氣缸綜合活塞力2.2 主要因素 ( 1 )壓縮機氣閥工作與負載狀況也會導致反向角的變化 ,壓縮機氣閥工作狀況的好壞與負載也是影響反向角的重要因素 , 因為它決定著活塞桿所受氣體力的大小 。 假如氣閥尤其進氣閥出現(xiàn)較嚴重的泄漏 ,作用在活塞上的氣體力將明顯減小 ; 而排氣閥故障則可能造成排氣壓力過高 ,引起較大的氣體力 。這些情況會引起反向角不符合設計要求 , 很可能造成連桿小頭襯套燒損 。所以 , 一般壓縮機生產(chǎn)商對負荷曲線都有嚴格的規(guī)定 ,操作時必須

6、嚴格遵守 。 （2 )慣性力是個反向變化的力 , 它的增大使連桿負荷值和反向角都增大 。 往復運動重量的大小對反向有直接的影響 , 如果活塞重量輕 , 慣性力就小 ,其反向的慣性力就可能不足以克服氣體力 , 從而不能保證要求的反向角 。 但是在設計中不能依靠增大往復運動質(zhì)量來提高往復慣性力 , 從而有較大的反向角 ,因為往復慣性力增加會引起機組的振動和噪聲增大 。 ( 3 )氣缸缸徑與活塞桿的匹配會對反向角產(chǎn)生影響 ,特別是在小缸徑在大壓比的工況下 ,活塞將會產(chǎn)生較大的氣體力 ,引起無反向角或反向角過小 。 ( 4 )余隙的大小也會引起綜合活塞力的分布 ,在壓比一定的情況下 , 余隙的大小決定

7、了氣體膨脹過程的長短 ,因此其也會對反向角造成一定的影響 。 ( 5 )單作用氣缸很容易產(chǎn)生無反向角 , 缸頭端作用比曲軸端作用更易造成無反向 。 對單作用氣缸來說 ,增加負荷將降低反向角 ,在非工作端增加負荷提高反向角 。 當選擇承壓面積小的曲軸端作為工作端時工藝氣壓縮負荷小 ,而反向角增大但排量小 ; 選擇缸頭端作為工作端使工藝氣壓縮負荷變大 , 也可能造成無反向角 。 反向角改善的主要措施 ( 1 )對于高壓比 、 小缸徑的活塞 , 一般采用活塞尾桿結(jié)構(gòu) ,利用活塞尾桿使活塞兩端面受壓面積相等或接近來減小壓力 , 還要嚴格按規(guī)范選擇活塞的重量 ,定期檢查氣閥工作情況 ; ( 2 )壓縮機

8、運行中應避免工況出現(xiàn)大的波動 ,破壞活塞桿的負荷反向 , 導致連桿小頭襯套出現(xiàn)潤滑不良故障 ; ( 3 )保證壓縮機的油路清潔和油品品質(zhì)達標 ; ( 4 )壓縮機在工況調(diào)整時應先理論分析其受力情況 ,計算反向角是否符合規(guī)定 。 事故實例某壓縮機五級排壓 27.5MP左右首次按照壓縮機組自動停機程序停機在停機過程中出現(xiàn)壓縮機機身超振動停機檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機五級氣缸十字頭十字頭鞋連桿連桿銅套十字頭銷等零件損壞。當機組邏輯停機時，由于機組排氣高壓放空閥發(fā)生凍堵現(xiàn)象，導致五級卸壓不及時，而此時低壓放空三級出口回一級入口已經(jīng)打開，引起三級出口四級入口壓力降低進而引起四級出口壓力，五級入口壓力降低而五級出口

9、壓力由于放空管線凍堵并沒有及時下降。造成五級缸活塞桿反向角過小導致連桿襯套及十字頭銷孔缺乏足夠的潤滑從而被損壞。當二級排出壓力由 1.8MPA降至0.2MPA 五級出口壓力由 27.5MPa降至16MPa 過程中， 五級連桿會經(jīng)歷一段反向角小于 30度的時間 甚至出現(xiàn)反向角為0 的情況，因而導致了連桿小頭瓦及十字頭銷孔缺乏足夠的潤滑 ，銅套局部溫度過高而被損壞的事故發(fā)生。處理措施 為了避免因五級卸壓不及時再次引起銅套損壞質(zhì)量事故，決定給五級出口放空閥配氣閥組和所有級間排污系統(tǒng)電伴熱 ，為提高五級排氣后冷的工藝氣溫度將空冷器散熱管在空冷器內(nèi)用巖棉保溫基本上解決上述質(zhì)量問題。總結(jié) 對于高壓縮比的大

10、型往復活塞式高壓壓縮機，連桿反向角是一個顯得更為敏感的技術問題。 在機組設計過程中 ，應充分考慮故障停機即沒有按照程序逐級卸載情況下反向角問題， 采取平衡措施解決故障停機時反向角問題， 因為機組運行過程中故障停機是不可避免，尤其是對工況復雜高危場所的機組連鎖保護點多的機組質(zhì)量事故停機，更是經(jīng)常出現(xiàn)。所以解決這個問題在設計過程中應充分考慮現(xiàn)場因素進行認真的分析和計算以確保機組的安全平穩(wěn)運行3 、使用尾桿會帶來什么不利因素？增加一個尾桿就多增加了一個密封面，而且加一個尾桿后，使得軸設計的比較長，因此，第五段是沉降最厲害的地方，極易損害填料密封。（三）填料函簡介及故障分析與處理 3.1 密封結(jié)構(gòu) 壓

11、縮機氣缸活塞桿塞填料 是由多級密封元件組成 , 主要有密封填料 、 導向環(huán) 、 節(jié)流環(huán) 、 填料函和熱裝缸套等 。 熱裝缸套與填料函之間 、 填料函與填料函之間采用金屬與金屬的直接接觸密封 , 其密封表面為平面 , 采用特殊研磨處理 ,由螺栓提供緊固力 。每組密封單元均為銅鋅合金制成的平面填料環(huán)密封元件 , 結(jié)構(gòu)見圖 。低壓側(cè)為三瓣斜口填料環(huán) ,氣缸側(cè)為三瓣直口填料環(huán) ,而兩環(huán)之間通過定位銷確定相互位置 ,為有效密封 ,使各切口相互錯開一定角度 。 填料環(huán)按一定要求裝填在填料函的腔內(nèi) 。填料環(huán)組的形式 a 單作用填料環(huán)型式 特點：由一個徑向環(huán)和一個切向環(huán)組成； 單作用密封； 安裝時徑向環(huán)必須置

12、于高壓側(cè)。 應用：標準的主密封環(huán)型式。 b 雙作用填料環(huán)型式 特點：由兩個切向環(huán)組成； 雙作用密封。 應用：低壓和真空狀況； 中間填料環(huán) c 脈動密封環(huán)型式特點：具有軸向/徑向分力，用于低壓密封。應用：主填料盒法蘭側(cè)的漏氣密封；刮油填料盒法蘭側(cè)的脈動密封。填料環(huán)的安裝間隙 軸向間隙：保證填料環(huán)在環(huán)槽中能自由浮動；給環(huán)的受熱膨脹預留一定的空間，防止脹死。 徑向間隙：保證填料環(huán)在環(huán)槽中能自由浮動，防止由于活塞桿的下沉使填料環(huán)受壓。 切口間隙：補償填料環(huán)的磨損填料環(huán)的裝配 裝配彈簧只起到組裝分瓣式填料環(huán)的作用，氣體壓力使填料環(huán)貼緊在活塞桿上從而建立起密封。 密封環(huán)之間用銷/孔結(jié)構(gòu)固定相對位置，一個環(huán)

13、的切口間隙由另一個環(huán)覆蓋，封閉了泄漏路徑。 填料環(huán)組在環(huán)槽中可以自由浮動，用來補償活塞桿的徑向擺動。3.2 密封原理 氣缸密封采用多組密封單元組成了一個串聯(lián)節(jié)流系統(tǒng) ,使泄漏乙烯經(jīng)節(jié)流環(huán)減壓后 ,再經(jīng) 7組填料環(huán)密封減壓 ,每通過一道密封環(huán)就產(chǎn)生一次節(jié)流 ,總壓頭逐漸下降的同時泄漏量也隨之減少 , 以達到阻止泄漏的目的 。 在每個密封單元中兩填料環(huán)都是由彈簧提供徑向壓力對柱塞表面產(chǎn)生預緊 , 阻止泄漏乙烯沿柱塞表面泄漏 。 填料函之間及填料函與缸套間的密封是由特殊研磨處理的平面為密封面 , 由螺栓提供緊固力作為填料函密封面的密封壓力 , 阻止乙烯從該結(jié)合面泄漏 。 在填料函外部有冷卻水帶走熱量

14、 ,避免填料和柱塞溫度升高 。3.3 故障分析與處理 一次機“非計劃停車原因”研究結(jié)果 ( 1) 活塞桿密封填料函的密封面 通過對密封結(jié)構(gòu)和原理及實際運行記錄的分析 , 發(fā)現(xiàn) ,在填料函密封面出現(xiàn)的主要問題是密封面表面顏色變深發(fā)藍 , 過度磨損和裂紋產(chǎn)生導致填料函之間的密封面破壞而引起密封泄漏 , 其原因是疲勞損壞 、 密封面的微動磨損以及氣體滲透 ,導致填料函密封失效的重點危險區(qū)域見圖 疲勞損壞是因為壓縮機氣缸柱塞填料函在工作狀態(tài)下 ,每完成吸氣和排氣的一個工作循環(huán) ,氣體壓力頻繁波動 , 使密封面直接承受一個非常大的脈動壓力 。 這樣在每個循環(huán)過程中填料函密封面會受到非常大的交變應力作用

15、, 使密封函和氣缸產(chǎn)生很大的疲勞應力 , 尤其是密封面上的承壓與非承壓區(qū)域之間不連續(xù)的部分會承受過高的壓力 ,在軸向上的載荷太大 ,這樣圖 中接觸不連續(xù)的 A 點附近的接觸應力峰值就會很高 ,該處會變成應力源 ,容易發(fā)生疲勞破壞現(xiàn)象 ,由此開始產(chǎn)生疲勞裂紋 。 解決方案：盡可能的減少可能出現(xiàn)壓力集中的地方。 譬如:) 將斜切口的 3 瓣環(huán)改為 6 瓣環(huán)如圖 所示 ,即由 3 個鞍形瓣和 3 個月形瓣組成 , 以消除直角過渡所產(chǎn)生的應力集中 , 并不易折斷 , 此外 , 適當提高兩環(huán)互相貼合處的定位可靠性 , 防止定位銷過早磨損或脫落使兩環(huán)對口而造成密封失效 （2） 填料盤研磨質(zhì)量 由于填料盤的

16、研磨不達要求，使得填料盤實際最大壓應力超過許用應力 , 造成了填料盤強度損壞 。 原因是按規(guī)范使用過填料盤應通過研磨拋光 , 光學檢測儀檢驗密封鏡面平面度誤差小于 0 . 8 m , 方可安裝使用 。 但是可能沒有光學檢測儀器 , 研磨 機維護使用不當 , 研磨精度 沒有達到要求 , 造成了填料盤強度損壞 。 填料盤裂紋與金屬咬合 , 使填料密封腔軸向間隙減少或消失 , 填料潤滑與補償性差 , 加劇了填料的磨損 。 實例：檢維修時填料函裝配的時候應該嚴格按照規(guī)定來執(zhí)行。大慶最近一次檢修時，更換一次機第五段的填料函，出現(xiàn)填料函漏氣至冷卻水當中。這可能是因為研磨填料杯槽的時候，研磨的不夠平整，導致

17、填料函之間的密封面有泄漏 規(guī)范研磨機的操作程序 , 填料盤研磨前后都用刀口尺檢查研磨盤的平面度 , 平面度誤差 5 m ,否則及時利用對研工裝進行修復 ; 使用石英光學平面檢測儀 , 對修理研磨的填料盤鏡面的平面度進行檢測 , 確保干涉條紋少于 2 個光帶 , 即平面度誤差 0 . 8 m , 以確保填料盤的研磨質(zhì)量 解決方案解決方案 （3 ） 潤滑導致 由注油器向填料函輸送的高黏度內(nèi)部潤滑油 ,充滿填料函內(nèi)部各元件和柱塞之間的間隙 , 在柱塞和填料表面形成油膜 , 保證柱塞和填料的良好潤滑 ,超量油向十字頭 、 缸頭方向流動 。通過解體發(fā)現(xiàn) , 填料函中部的 4# 6#盤密封鏡面損壞頻率較高

18、 , 損傷部位是沿密封端面的油槽處向外擴展 , 密封腔內(nèi)存在大量的積碳 , 填料環(huán)發(fā)黑 、結(jié)垢 、 磨損嚴重 。 填料函兩端的 0# 3#和 8#盤密封腔均較干凈 , 填料環(huán)磨損較少 。其原因是潤滑油自 3#、 5#、 7#盤油槽 脈動注入 , 填料函中部的 4#6#盤內(nèi)部油不能象高壓側(cè)和低壓側(cè)內(nèi)部油 一樣可隨柱塞的往復運動被及時帶入氣缸或 1#、 0#填料盤回流孔回流 。一方面當注油量大于排油量時 ,密封室內(nèi)部憋壓 , 當內(nèi)壓足以抵消填料盤密封面閉合預緊力時 , 造成填料盤端面上油溢流 , 形成沖蝕痕跡 ,不斷加深并向外擴展 , 最終內(nèi)部油伴隨高壓氣體沿填料盤端面徑向泄漏至外部冷卻油處 。

19、另一方面潤滑油在填料函內(nèi)流通不暢 , 使柱塞與填料之間的摩擦熱不能有效散出 , 潤滑油溫升高 、 碳化 , 潤滑效果變差 , 加劇了填料環(huán)的磨損 , 并導致氣體軸向泄漏 。 解決措施： 為避免柱塞中部填料潤滑油在內(nèi)部的積聚升溫和超壓 , 可以適當減少內(nèi)部油的注油量，中間五號注油點應該減少的的更多一些。 （4）填料環(huán)損壞失效 由于潤滑油質(zhì)量不好 、 油量不足 、 填料環(huán)的應力腐蝕及低聚物的積聚所引起 。尤其是在填料函內(nèi)積聚大量低聚物 , 在停車過程中若壓力下降過快 ,造成填料函中的高壓乙烯急劇泄漏發(fā)生節(jié)流膨脹 ,在填料函中產(chǎn)生制冷效果 ,冷凍后的低聚物非常堅硬 , 積聚在填料函中的低聚物占據(jù)填料函間隙空間 ,使填料函內(nèi)部潤滑油存量顯著減少 ,潤滑效果明顯下降 。低聚物還堵塞填料環(huán)與密封函的氣流通道 ,使氣