往复式压缩机压缩缸温度高故障分析与处理

李 东，吴建利，李 勇，左 波

（中油济柴成都压缩机分公司，四川成都 610100）

1 概况

目前，我国很多油田的油藏开发已进入中后期，存在油井含水率高、投入产出比大，以及常规注水技术挖潜困难等问题。提高采收率的技术选择有限，和改进注水、注聚技术一样，注气（如注二氧化碳、天然气或氮气等）已被证明是一种高效的提高采收率技术，但存在气源不足且成本高的问题，应用受到限制。因此注空气技术受到越来越多的重视。减氧空气驱是一种技术简单、成本低的注采技术，所需设备就是通过匹配空压机（螺杆机）、减氧系统、增压压缩机，组成一体化装置。该装置入口为空气，出口为数十兆帕的减氧空气。

DKY450 压缩机是该装置的最终注气设备，主机为6CFAM往复式压缩机，对称平衡布置，6 列8 缸，五级压缩，气缸采用风冷，工艺气采用空冷器冷却方式。由YPT 450-4-（W）高压变频调速三相异步电机驱动，压缩机通过膜片挠性联轴器与电机连接，橇装结构。若压缩机出现故障，则整套装置停止运行。

2 故障案例背景

为确保整套装置顺利投产，一般都需要对各系统单独调试，再进行整套装置联调负荷试验，来满足现场机组运行的设计要求。本次故障就发生在终端设备压缩机部分的单机负载试验过程中。

3 故障情况

DKY450 压缩机组完成空负荷磨合试验后，运行正常。按照试运行方案中的工况点加载运行，当机组加载运行排气压力达26 MPa 时，回流阀开度为30%，四级排气温度不断上升，直至温度高达143.2 ℃，接近排气温度报警停机值，出现异常。操作人员立即开启回流阀卸载，排气压力和温度降低，试机工作暂停。

4 故障原因分析

4.1 活塞环泄漏

活塞环是装在活塞上与气缸内孔接触，密封气缸与活塞间间隙的重要部件。活塞环与气缸壁间隙过大时，被活塞压缩做功后的高温气体会通过活塞环与气缸壁的间隙泄漏至活塞的另一侧，并被活塞重复压缩，造成排气温度升高。

4.2 气阀泄漏

现场检查发现，四、五级压缩缸气阀损坏，导致四级排气温度异常高并接近排气温度高报警停机值。导致排气温度高，主要有以下原因。

（1）由于四级进气阀在启、闭过程中关闭不严，吸气过程中气体进入四级压缩缸内，压缩过程中由于进气阀片关闭不严，被压缩的高温气体泄漏反窜回四级进气管路。在下一个吸气过程中，反窜回来的高温高压气体膨胀，阻止部分低温低压气体吸入四级压缩缸，导致进气温度高的气体被活塞反复压缩，造成排气温度急剧升高，接近报警值。

（2）四级排气阀在启、闭过程中关闭不严，排气过程中被压缩的高温气体排出四级压缩缸。在下一个吸气过程中，由于四级排气阀关闭不严，被压缩的高温气体（四级排气管路内）反窜回四级压缩缸内，使四级进气温度升高，高温度的气体再次被压缩，最终导致四级排气温度升高报警。

4.3 级间冷却器或管线结垢、堵塞

级间冷却器或管线结垢、堵塞会造成上一级排出的高温气体，不能完全按标准降低到设计要求的下一级进气温度，使该级排气温度升高。

4.4 压比过大或进气温度高

根据往复式压缩机绝热压缩计算公式，各级排气温度按式（1）计算。

式中 Td——压缩机级的排气温度，K

Ts——压缩机级的吸气温度，K

εi——任意级的压缩比

n——压缩过程指数

从式（1）可知，Td与εi成正比，εi越大，Td越高。导致往复压缩机各级εi变大的主要原因有：①进气滤网或管道堵塞；②级间过滤器滤芯阻力过大；③气缸余隙过小，使死点εi过大等。Td还与Ts成正比，Ts越高，Td越高。导致Ts高的主要原因有气阀、活塞环损坏，级间冷却器或管线结垢、堵塞散热不好。

5 故障处理措施

停机检查并排除故障。本次压缩机故障现象是四级压缩缸排气温度高于正常值。按照理论分析，根据压缩缸排气温度高故障发生的可能原因，逐项拆卸检查和排除。查看四级进气温度正常。四级进气压力和排气压力压比正常，五级进排气压比接近1。级间冷却器和管路无堵塞节流现象。打开四级气阀和四级活塞，发现四级进气阀阀孔（图1）及进排气气阀内存在很多焊渣（图2），卡阻在阀片和弹簧处，且阀片存在碰撞缺口，活塞环无异常。检查五级气阀和活塞，发现五级进气阀也存在焊渣（图3），卡阻在阀片和弹簧处，活塞环无异常。

图1 四级进气阀阀孔

图2 四级进排气气阀

图3 五级进排气气阀

通过排查发现，由于机组成橇过程中压力容器和管线焊接时产生焊渣，机加工后的铁削等杂物附着在缸体进排气道内壁，未及时清理干净。机组运行时在高压气体冲击下，随压缩气流进入压缩缸内，卡在进气阀口和气阀处。气阀在工作过程中，吸入焊渣等杂物，造成气阀阀片损坏。

6 故障处理方法

（1）拆卸所有压缩缸内的气阀，进行全面检查，逐级清除气阀内的焊渣等杂物。

（2）检查所有气阀的阀片、阀座和弹簧等是否存在损坏现象，更换存在缺陷或被损坏的零件。

（3）检查和清理压缩缸内（主要是缸孔和气道）的杂物，清洗缸孔、活塞和活塞环等，确保压缩缸内清洁无杂物。

（4）重新检查和吹扫所有压力容器、工艺气系统管道，确保管内壁焊渣等杂物被吹扫干净。

（5）检查工艺气系统的阀门是否存在卡阻、泄漏和关闭不严等情况。

经过采取工艺气系统管线和压缩缸组件的检查、管道吹扫、修复或更换被损坏的零部件等措施，恢复机组，重新进行DKY450 压缩机组试车。在空负荷试车过程中增加巡检频次，复检压缩缸、气阀和工艺气系统管道，未发现异常。按照厂内试车方案中的试车工况重新加载运行，所有试验运行工况的试车效果全部达到设计技术要求，按时完成试车任务，满足该压缩机组的出厂交付要求。

7 结束语

压缩缸排气温度高是往复式压缩机常见故障，原因多是气阀故障。压缩机运行的经济性和可靠性在很大程度上取决于气阀的可靠性。气阀作为压缩机关键部件之一，在使用中一定要随时监控其运行情况，发现问题及时处理，加强运行前的检查保养工作，保证压缩机及装置长期可靠运行。