天然气往复式压缩机典型故障分析

李文洪

摘 要：随着压缩机行业不断发展，压缩机扮演着举足轻重的角色，应用也越来越广泛，主要应用于输气、注气、气举、集气和煤层有害气体收集等。为此能够提高产量，降低设备故障发生频率和抑制重大设备事故发生是重之又重，本文就苏里格长庆油田采气厂使用的往复式压缩机，在其检修中经常发生的动力活塞环和气阀失效故障进行专门分析，希望能够提高设备的应用效率。

关键词：往复式压缩机；动力缸活塞环；气阀失效；故障分析；解决措施。

一、引言

苏里格气田采气厂作为我国天然气供应的主力军，天然气的采气和集输显得尤为重要，主要采用往复式压缩机作为增压的动力源，将井口采集出来的天然气进行多级压缩进行输送，以满足下游用户的用气量。

天然气往复式压缩机作为天然气增压的主要设备，其故障率将直接影响设备产出量和设备的运行成本，设备的故障分析和研究将是降低运行成本和延长使用寿命的主要课题。本文以成都压缩机厂生产的ZTY-470型设备为例进行分析。

二、典型故障

1动力缸活塞环失效

1.1活塞环简介

活塞环作为动力部分核心组件之一，主要起到密封气体的作用。ZTY-470机组动力活塞环由四道环组成，其中缸头端三道环主要密封动力缸内燃烧的气体，曲轴端属于第四道环主要作用是将动力缸内壁多余的润滑油刮走，并形成一层薄薄的油膜来保护动力缸缸体不受到磨损。

1.2活塞环失效原因分析

经过对动力缸总成部分拆解发现缸头端第一道活塞环已经完全断裂，其中第二道、第三道环已经完全卡死，活塞裙部有一层已经碳化的机油（如图1），分析导致活塞环失效原因有以下几点：

（1）气体在燃烧过程中不充分，形成积碳附着在活塞及活塞环表面，导致缸头端第二和第三道活塞环断裂和卡死（如图2），同时也是导致机组负载降低的重要原因之一。

图1 活塞端部积碳、断裂活塞环 图2 动力活塞简图

（2）活塞环在维修安装过程中没有按照技术规范要求进行安装，常见的是安装方向错误，开口间隙和侧隙不符合规范。

（3）活塞裙部机油炭化常见原因是动力缸润滑油量过大，导致活塞环不能将多余部分完全刮走，从而导致机油在高温下碳化附着在活塞表面。

1.3解决方案

1.3.1燃料气净化处理

天然气主要成分是甲烷，由于气体在输送过程携带了大量水分和粉尘，如果没有经过处理，直接参与燃烧，将会产生大量积碳，并伴有“敲缸”现象，同时对缸体的磨损程度增加。只有在燃料电磁阀端增加油水分离器和粉尘过滤器，并定期更换粉尘过滤器滤芯才能从根本上解决（如图3）。

图3 燃料气净化流程

1.3.2强化安装工艺要求

活塞环安装必须严控执行安装工艺要求，如活塞缸头端前三道必须将有安装标志的一面朝向缸头端，活塞裙部的一道环必须朝向曲轴端，前三道环相互交叉120度，如果前三环开口在同一个位置将导致燃烧室密封不严。同时严格控制活塞环开孔间隙，间隙过大，不能再活塞表面形成油膜；间隙过小不能将多余润滑油刮走，导致润滑油参与燃烧，在排气口形成积碳，对排期形成阻力，导致燃烧的废气不能完全排出。活塞开口间隙及侧隙要求（如表1）

开口间隙 侧 隙

第一道环 3.86-4.09 0.25-0.32

第二道環 3.61-3.84 0.25-0.32

第三道环 3.61-3.84 0.20-0.27

第四道环 3.61-3.84 0.20-0.27

表1 活塞环安装间隙（单位：毫米）

1.3.3 动力缸润滑油量控制

合适的气缸润滑油油量和型号是根据具体现场多年操作经验而得到的，许多因素如燃料气、工况等对所需的润滑油量和性能有很大的影响，正常情况下，每个动力缸每天消耗3.4升，这一消耗量是动力缸最大消耗量。

过量的润滑油是不经济的，也是造成积碳的重要原因。

2气阀失效

2.1气阀简介

气阀作为压缩机的心脏，通过控制气体的单向流动对气体介质起到吸气和排气的作用，从而到达压缩气体介质的目的。基本构造如图4：

图4 气阀结构图 图5 阀片被液击损坏

2.2 气阀失效原因分析

经过现场拆解下来的气阀发现气阀已经严重损坏（如图5），大致原因有以下几点：（1）长期超负荷高温高压运行，造成阀片疲劳磨损是导致气阀失效主要原因；（2）气阀弹簧磨损或是弹力不够，将使进气阀和排气阀不能正常关闭和打开；（3）被压缩介质中含有水或其他粉尘等杂质，介质中粉尘在高压附着在阀片和阀座的密封表面，阀片高速运动撞击在阀座上，从而损坏密封面；（4）油粘滞通常也是气阀失效的重要原因，从损坏气阀拆解发现阀片表面布满机油，经分析是由于润滑油过大导致产生液击和油粘滞导致（如图5）。

2.3气阀失效解决方案

2.3.1控制负载

增加设备负载，气阀磨损也相对增加，使用寿命也也相对降低，要求一级排气最高限制为3.36MPa，二级排气限制3.675MPa。

2.3.2 定期检查气阀

气阀弹簧及阀片属于易磨损零部件，使用一段时间应及时检查更换，特别是阀座弹簧，一旦弹力失效，将加剧阀门和缓冲片的损坏。

2.3.3 控制压缩介质洁净度

压缩介质的洁净度将直接影响气阀使用寿命，只有在进气口前端加装过滤器和油水分离器，将介质中的杂质和水分分离干净，才能有效防止气阀受损，延长使用寿命。

2.3.4 选择抗油粘滞性好的气阀也是控制气阀有效措施。

三、结束语

为了提高压缩机的运行效率，节约运行成本，对于频发的故障进行分析，找到故障根本原因，防止同类故障再次发生，属于我们现目前设备运行中比较重要的一项工作，本文就往复式压缩机动力缸活塞环故障和气阀失效做了专门分析，希望能为往复式压缩机故障解决提供一些参考。

参考文献：

[1]DPC-2803/2804 技术手册： 10-15.

[2]ZTY470 技术手册： 9-10.

[3]ZTY630 技术手册： 9-10.