往复压缩机余隙缸液压油管断裂故障分析及改进方案

陈青松

（中国石化武汉分公司，湖北武汉430082）

1 机组简介

干气提浓压缩机K8201A、B为4列3级对称平衡式M型压缩机，型号4M32-238/0.07-7.5-13/7.5-28。气缸为无油润滑双作用水冷式，采用双层布置方案，机组开一备一。机组主要参数如表1。

机组三级压缩分布方式如图1。

2017年2月 ，对该机组B机进行改造，增上了余隙调节系统。该余隙调节系统采用液压油控制余隙缸活塞行程，可实现气量60%~100%范围内的无极调节。改造后的余隙缸结构示意图如图2所示。

表1 干气提浓压缩机K8201A、B机组主要参数

图1 干气提浓压缩机组布置简图

图2 可调余隙调节执行机构示意图

2 余隙改造后运行效果

2017年进行余隙改造后，于3月7日开机运行，该机组运行电流从160A降至100A左右，功率从1700 kW降低至1100 kW，年可节电4.8×106 kW。截止到2018年4月5日，该机组已连续运行9400 h，期间机组运行平稳，余隙调节液压系统正常。

3 故障过程现象

2018年4月5日 晚，干气提浓压缩机K8201B前一级余隙缸液压油管线发生断裂。液压油泄漏，导致余隙活塞位置不能保持，余隙缸内撞击声明显。车间操作人员在发现报警后及时将机组切换至A机运行。次日停机检修K8201B。

经检查，压缩机本体无异常，前一级余隙缸解体后发现气缸内壁磨损，有镀层脱落现象；位移传感器电子仓震坏；活塞杆镀层脱落；密封组中的Y型圈有磨损；活塞杆卡环磨损，与活塞杆卡槽间隙变大。

4 故障过程分析

一级缸控制油管路断裂后，油缸活塞失去控制油，油缸活塞失去两侧液压油“夹持”，余隙活塞则随着压缩机活塞的吸气、压缩过程做往复运动，余隙活塞将直接撞击余隙缸凸台端面或余隙缸盖，引起较大振动，严重时执行机构位移传感器被震坏。

4.1 液压油管线断裂

液压油管线为Φ6的仪表管，承压等级为16 MPa，液压油工作压力13 MPa。该机在运行过程中，液压油管线存在振动，而该接头为螺纹头引出，卡套连接，后接卡套式引压阀。在螺纹与卡套之间的Φ6管承受整个管路的振动，容易出现疲劳断裂。

图3 余隙缸结构图

4.2 余隙活塞卡环磨损

该机一级进气压力为0.007 MPa，一级进气时，余隙活塞背压（图3中C腔）是微正压（火炬系统压力），由于压缩机入口压力低和气体进入气缸经过进气阀时有一定的压力损失，一级气缸（D腔）内极有可能出现负压（尤其是在入口气阀故障、堵塞时），会出现余隙活塞向压缩机轴侧（图4中D腔侧）运动的趋势；一级排气时，一级气缸内压力远大于常压（设计排气压力0.3 MPa），会出现余隙活塞向压缩机盖侧（图中A腔侧）运动的趋势。故该余隙缸在正常工作情况下，液压油在A腔侧只能实现单方向推力，气缸侧（D腔侧）则缺少压力的支撑，不能实现完全夹持锁位。余隙缸在这种极低压力的气缸端相对较为“松动”。

由于这种“松动”的客观存在，我们怀疑液压油管没有断裂的后一级缸也存在卡环的磨损现象，立即联系厂家将后一级余隙缸拆解检查，证实了我们的判断。后一级余隙缸活塞杆卡环存在与前一级类似的磨损状态。后一级缸卡环的磨损说明了该余隙缸在低压缸设计过程中使用卡环连接的方式存在不合理性。

4.3 位移传感器电子仓振坏

液压油管线断裂后，余隙缸失去了液压油的支撑，在气缸吸气排气的交变力作用下来回震荡撞击，将位移传感器撞击，最终导致传感器及电子仓、电路板等零件损坏。

5 整改措施方案及建议

5.1 液压油管线断裂

液压油管线断裂是该事故发生的直接原因，其主要原因为液压油管线强度不高，配管不合理，需加强液压油管线接头的强度。目前采取对断裂部位的螺纹接头和卡套接头连接后再堆焊一圈的方式进行加固。建议厂家配置角型阀直接与液压缸连接，见图4，减少管路接头，可有效避免管接头的振动。

5.2 液压活塞杆卡环磨损

活塞杆与余隙缸采用卡环连接的方式存在缺陷，经与厂家协商沟通后，决定先在该磨损部位增加垫片消除间隙。下次更换活塞杆时改进该活塞杆的连接方式。厂家给的改进方案如图5所示。

将原来的两半卡环改为整体法兰，该法兰与活塞杆之间是螺纹联接和端部焊接，使得余隙活塞与活塞杆成为刚性的一体，有利于余隙活塞的稳定，同时消除了原来两半卡环与活塞杆之间的配合间隙。原来活塞杆与油缸活塞是整体，改为螺纹联接，并增加防松紧定螺钉。

5.3 液压油泄漏自保

液压油泄漏后，余隙活塞不能保持，会发生撞击风险，撞击产生后如不能及时停机会对余隙缸造成不可预估的损失。从锁住液压油的方向来考虑，可考虑在液压油进油缸根部增加单向阀，见图6，具体实施方案为：

图4 液压油管线与余隙油缸连接整改建议

图5 厂家改进的余隙缸设计

图6 液压油防泄漏自保改进方案

（1）将油站上2个一级缸的液控单向阀移到执行机构上。

（2）在每个一级执行机构上安装一个液压自保集成块。

（3）拆卸原油站上2个一级手动换向阀和相应的2个液控单向阀，改造原三位四通电磁换向阀，将三位四通电磁换向阀改造为三位四通电磁/手动一体换向阀。

除此之外，我们可以考虑增加自保联锁停机，增加液压油油压低低联锁停机的设计，这方面需根据生产环境进行工艺影响评估。

6 结语

余隙调节系统是往复压缩机气量调节系统的一种方式，其与延时关闭气阀的无极气量调节系统相比较互有优势，值得推广应用。在实际使用过程中通过用户的反馈和故障分析对其功能部件和零件的优化设计，不断提升设备的可靠性能，可增加其在行业中的竞争力。