【壓縮機網(wǎng)】一、往復(fù)式壓縮機的工作原理及結(jié)構(gòu)
因往復(fù)式壓縮機具有使用壓力范圍廣、熱效率高，單位耗能少、排氣范圍廣、對材料要求低、技術(shù)成熟，生產(chǎn)經(jīng)驗豐富、裝置系統(tǒng)簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。尤其在石油煉化行業(yè)，往復(fù)壓縮機得到廣泛的應(yīng)用，其作為煉化裝置的核心設(shè)備，其長周期、安全、平穩(wěn)運行是煉化裝置長周期、安全生產(chǎn)運行的關(guān)鍵。特別是往復(fù)式活塞式壓縮機在石油化工生產(chǎn)中、高壓及超高壓，低流量范疇內(nèi)，仍然占據(jù)著難以替代的重要位置，加上我國設(shè)計水平和加工質(zhì)量不斷提高，近年來國產(chǎn)活塞式壓縮機也得到了廣泛的使用。如表1是活塞式壓縮機在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用示例。
1、往復(fù)式壓縮機工作原理
往復(fù)式壓縮機屬于容積式壓縮機，是使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機。其由曲軸帶動連桿，連桿帶動活塞，活塞做往復(fù)運動，活塞運動使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，氣缸內(nèi)的壓縮氣體的工作過程可分成膨脹、吸入、壓縮和排氣四個過程。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞便做往復(fù)運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞從氣缸蓋開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時氣體即沿著進氣管推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到z*大時為止，進氣閥關(guān)閉；活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運動時，上述過程重復(fù)出現(xiàn)。總之，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。
2、往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)
往復(fù)式壓縮機是容積式壓縮機的一種，其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機構(gòu)、活塞組件、填料（也就是壓縮機的密封件）、氣閥、機身與基礎(chǔ)、管線及附屬的設(shè)備等。
1）氣缸：氣缸是壓縮機主要零部件之一，應(yīng)有良好的表面以利于潤滑和耐磨，還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，以便于使摩擦產(chǎn)生的熱能以z*快的速度散發(fā)出去；還要有足夠大的氣流通道面積及氣閥安裝面積，使閥腔容積達到恰好能降低氣流的壓力脈動幅度，以保證氣閥正常工作并降低功耗。余隙容積應(yīng)小些，以提高壓縮機的效率。
2）曲柄連桿機構(gòu)：該機構(gòu)包括十字頭、連桿、曲軸、滑導(dǎo)等——它是主要的運轉(zhuǎn)和傳動部件件，將電機的圓周運動經(jīng)連桿轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，同時它也是主要的受力部件。
3）活塞組件：主要有活塞頭、活塞環(huán)、托瓦和活塞桿?；钊男螤詈统叽缗c氣缸有密切關(guān)系，分為雙作用和單作用活塞?；钊h(huán)用以密封氣缸內(nèi)的高壓氣體，防止其從活塞和氣缸之間的間隙泄漏。托瓦的作用顧名思義是起支撐活塞的作用，所以托瓦也是易損件，托瓦材質(zhì)的好壞也直接影響壓縮機的使用壽命。
4）填料：活塞桿填料主要用于密封氣缸內(nèi)座與活塞桿之間的間隙，阻止氣體沿活塞桿徑向泄漏。填料環(huán)的制造及安裝涉及“三個間隙”。分別為軸向間隙（保證填料環(huán)在環(huán)槽內(nèi)能自由浮動），徑向間隙（防止由于活塞桿的下沉使填料環(huán)受壓造成變形或者損壞）和切向間隙（用于補償填料環(huán)的磨損）。目前平面填料多為“三六瓣型”和“切向切口三瓣型”。
5）氣閥：是壓縮機z*主要的組件，同時也是z*容易損壞的零件。其設(shè)計的好壞會直接影響到壓縮機的排氣量、功耗及運轉(zhuǎn)可靠性。好的氣閥應(yīng)具有以下特點：高效節(jié)能（占軸功率的3%～7%），氣密性與動作及時性完美結(jié)合，壽命長（一般實際壽命8000h），形成的余隙容積小，噪音低，溫升小，可翻新使用。氣閥的材質(zhì)分為金屬和非金屬，就目前的情況看，非金屬材料閥片的應(yīng)用越來越廣泛。
6）管線和附屬設(shè)備：壓縮機的管路和出入緩沖器的設(shè)計是否合理，將直接影響機組的振動情況。
二、往復(fù)壓縮機的故障分析
往復(fù)壓縮機的故障大多發(fā)生在吸氣閥、活塞環(huán)、填料以及管路等部件上。
1、氣閥常見故障及分析
?。?）吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞
吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為：
?、佟厣撸y蓋發(fā)熱；
② 對應(yīng)的排氣閥溫度升高；
?、邸￠y所在級與前一級間壓力升高；
④ 壓縮機排氣量下降；
⑤ 進氣溫度升高。
氣體經(jīng)過壓縮后溫度上升，吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞后，高溫氣體返回進氣腔，造成閥溫升高，進氣溫度上升，從而再次被壓縮后排氣溫度升高。另外，壓縮后的氣體回流造成前面壓力升高，壓力越升高排氣量下降就越多。
?。?）排氣閥泄漏或密封墊墊片損壞
排氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為：
?、佟∨艢忾y溫度升高，閥片發(fā)熱；
?、凇∨艢鈮毫ο陆担?/div>
?、邸嚎s機排氣量下降。
由于排氣閥泄漏或者密封墊片損壞。在氣缸吸氣過程中，部分壓縮后的高溫高壓氣體回流至氣缸使混合氣體溫度升高，再次被壓縮后溫度更高，回流還會造成流量下降，排氣壓力下降。
?。?）負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)卡澀
負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)卡澀主要表現(xiàn)為：
?、佟∝摵烧{(diào)節(jié)指示器不動作；
② 對應(yīng)的進氣閥溫度升高，閥蓋發(fā)熱；
?、邸?yīng)的排氣閥溫升高；
?、堋￠y所在級與前一級間壓力升高；
⑤ 壓縮機排氣量下降；
?、蕖∵M氣溫度升高。
負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)如果卡在泄荷的位置會造成吸氣閥泄漏；如果卡在加載位置上則會造成壓縮機負載啟動，影響傳動部件的使用壽命。
2、填料常見故障
活塞桿與填料摩擦磨損嚴(yán)重。填料中有粉狀沉積物。填料環(huán)箍緊，彈簧失彈或斷裂。造成密封失效故障，這也是密封失效的主要原因。
?。?）工藝介質(zhì)夾帶顆粒物
現(xiàn)場檢查有時會發(fā)現(xiàn)在壓縮機氣缸及填料密封腔體中有大量沉積物。這些沉積物是由工藝介質(zhì)夾帶過來的微細固體粉塵或結(jié)焦的碳粒組成，其硬度往往很高。其在密封腔處的沉積必然會造成密封填料嚴(yán)重的磨損，從而大大縮短填料密封環(huán)及活塞桿的使用壽命。通過調(diào)整工藝使壓縮機參數(shù)達到設(shè)計要求，必要時可加氣固分離器分離掉這些顆粒雜物，就可避免氣缸與活塞環(huán)、活塞桿與填料摩擦副之間的顆粒磨損。
?。?）活塞桿組合密封環(huán)緊箍力過大或彈簧失彈
往復(fù)式壓縮機活塞桿與填料密封處于相對運動狀態(tài)，填料環(huán)通過抱緊活塞桿來實現(xiàn)對介質(zhì)的密封，填料環(huán)的抱緊力由彈簧及環(huán)徑向壓差來實現(xiàn)。顯然，彈簧的緊箍力越大，填料對活塞桿的抱緊力就越大，活塞桿與填料環(huán)的相對摩擦就會越嚴(yán)重，摩擦產(chǎn)生的熱量就越多，從而造成填料環(huán)使用初期溫升非常高，磨損特別厲害。由于填料環(huán)常用填充聚四氟乙烯制成，其熱膨脹系數(shù)較大，初始階段產(chǎn)生的摩擦熱量若不能被及時帶走，填料環(huán)熱膨脹變形大，加上填料環(huán)彈簧緊箍力大，摩擦磨損加劇，形成惡性循環(huán)。經(jīng)過短短幾天的劇烈磨損，當(dāng)填料對活塞桿的抱緊力趨于減小即摩擦力減小時填料環(huán)與活塞桿之間的縫隙增大，介質(zhì)泄漏量增加，z*終密封失效。
解決辦法：在總體結(jié)構(gòu)不變的前提下，更換活塞密封環(huán)調(diào)整活塞密封環(huán)與缸體之間的間隙或采用具有自潤滑性能，耐磨性能更好的材料制作活塞環(huán)和填料環(huán)，再者可適當(dāng)降低彈簧緊箍力，設(shè)計引入間隙密封。彈簧的失彈大多是由于彈簧疲勞所導(dǎo)致，彈簧質(zhì)量問題只占少數(shù)情況，只能更換質(zhì)量好些的彈簧。
?。?）填料密封盒冷卻水流量偏小
填料密封盒部位的溫升主要是由于填料環(huán)與活塞桿劇烈摩擦引起的，這些摩擦熱應(yīng)被及時帶走。實際上，由于填料密封盒用水與缸套用水基本都采用并聯(lián)形式，填料密封處的壓降大，因而導(dǎo)致填料盒冷卻水流量不夠，摩擦熱不能被及時帶走，影響了填料的正常使用壽命。因此，應(yīng)適當(dāng)增大循環(huán)水壓力及流量以使循環(huán)水及時帶走活塞桿與填料環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量?？刂铺盍厦芊夂刑幍臏囟炔淮笥?0℃。
3、活塞環(huán)常見故障及分析
活塞環(huán)常見的故障有：
① 活塞環(huán)斷裂；
?、凇』钊h(huán)漲死，失去彈性，不能膨脹；
?、邸』钊h(huán)過度磨損，間隙增大。
活塞環(huán)不能起到密封作用的主要表現(xiàn)形式為：
① 該級排氣溫度升高；
?、凇≡摷壟艢鈮毫档?；
?、邸嚎s機排氣量下降。
對于雙作用往復(fù)壓縮機，即氣缸內(nèi)一側(cè)在壓縮時，另一側(cè)在吸氣，當(dāng)活塞環(huán)損壞或者漲死時，不能起到密封作用，使得蓋側(cè)或軸側(cè)被壓縮的高壓高溫氣體通過活塞環(huán)竄入軸側(cè)（或蓋側(cè)）低溫低壓氣體中。與吸入的低壓溫氣體混合，混合之后氣體溫度升高，又由于壓縮氣體通過活塞環(huán)互竄，使該級的排氣壓力下降，壓縮機的排氣也隨之下降。
4、管路振動
?。?）管路振動的原因
引起往復(fù)壓縮機及其管線振動的原因主要有兩類：
1）由機組振動的不平衡基礎(chǔ)設(shè)計不當(dāng)而引起。壓縮機在組裝過程中由于技術(shù)或質(zhì)量問題造成機組裝配誤差大，引起機組的平衡惡化產(chǎn)生振動。壓縮機基礎(chǔ)質(zhì)量太小也可引起壓縮機本體振動。
2）由管線內(nèi)氣流脈動引起活塞式壓縮機吸氣和排氣的間隙變化，可使氣體產(chǎn)生脈動——壓縮機管線內(nèi)充滿氣體時形成氣柱。該氣柱是一個有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動系統(tǒng)，受到一定工況條件的誘導(dǎo)就會發(fā)生振動——在機組管系的彎頭處氣體運動方向會發(fā)生改變，從而使管線受到氣體沖擊力的作用。系統(tǒng)管線彎頭太多、管線受到的沖擊力就會很大。如果彎頭處缺少固定支點，將會產(chǎn)生劇烈振動。當(dāng)流體穩(wěn)定流動時，管線不產(chǎn)生振動；但當(dāng)流體運動方向在管線斷面突變處變化時，流體速度發(fā)生變化，導(dǎo)致管線受力改變——使管線內(nèi)局部壓力變化，產(chǎn)生一定的脈動，誘發(fā)振動。如果管內(nèi)有脈動存在，則管線內(nèi)各部分的壓力不同，也會形成振源。由于管系內(nèi)彎頭較多，流體在管線內(nèi)不斷地改變流動方向，對管線形成沖擊；并且流體自身的狀態(tài)也發(fā)生變化——這些變化誘發(fā)的振動，其頻率與管系固有頻率重合時，則產(chǎn)生共振。
?。?）采取的措施
消除共振z*基本的方法是將氣流脈動壓力減小，并將其固定在允許的z*小值之內(nèi)，使激發(fā)頻率不等于管路固有頻率。具體方法有：
?、僭诰o靠壓縮機每一級出入口處各設(shè)置一個緩沖罐，改變管系的氣柱固有頻率，破壞振源與管系振動頻率的重合，并可降低氣流脈動的幅值。但是緩沖罐容積設(shè)計不好也會引起振動，經(jīng)驗表明其應(yīng)該比氣缸行程容積大10倍，且盡量靠近氣缸；
②在管系的適當(dāng)位置，特別是管線的彎頭處增設(shè)固定支撐，并在管線與支點間加墊硬橡膠板以改變支撐彈性并改變管系的振動頻率；
③在管線的適當(dāng)位置增設(shè)孔板，以改變管系的振動頻率，用孔板減振會伴有較大阻力損失，因此只用于已發(fā)生共振且無法改變截面的情況，其作用遠不及緩沖罐的作用。
5、撞缸
撞缸是往復(fù)機組的重大惡性事故，主要表現(xiàn)為缸體內(nèi)發(fā)生巨大的撞擊聲，嚴(yán)重時導(dǎo)致機組多處損壞，如缸蓋撞飛，大小頭瓦斷裂甚至發(fā)生爆炸。撞缸分為液擊和金屬撞擊兩種，液擊聲音比金屬撞擊聲要沉悶一些，但是后果一樣嚴(yán)重。防范措施主要是規(guī)范日常操作防止大量帶液；加強巡檢，發(fā)現(xiàn)異常聲音及時排查。
三、典型案例
某石化公司加氫裝置循環(huán)氫壓縮機C-2001A機組在生產(chǎn)運行中發(fā)現(xiàn)左右氣缸排氣溫度高報警，左氣缸排氣溫度110℃、左右氣缸排氣溫度109℃，且溫度趨勢不斷上升，排氣量也不斷降低，為了滿足生產(chǎn)需要及安全生產(chǎn)，z*后被迫用停機切換備用機組。
從檢修的情況看，造成這次壓縮機排氣溫度高故障的主要原因是氣閥故障，氣閥泄漏或損壞串氣。主要表現(xiàn)為閥片、閥座上堆積較多的催化劑粉塵、油泥、積碳較多，導(dǎo)致氣閥閥片、彈簧腐蝕，閥片、彈簧斷裂嚴(yán)重，同時機組帶液，形成液擊，閥座液擊斷裂。從而導(dǎo)致氣閥故障致機組在生產(chǎn)運行過程中出現(xiàn)排氣溫度高，排氣量降低。根據(jù)檢修的情況分析，及結(jié)合機組實際的運行工況，造成循環(huán)氫壓縮機氣閥故障原因為：
1）裝置加工高硫油，循環(huán)氫中H2S含量高（在裝置生產(chǎn)過程中對循環(huán)氫定期取樣分析，循環(huán)氫H2S含量在10000-15000ppm），循環(huán)氫高濃度的H2S加速氣閥彈簧、閥片腐蝕斷裂。對氣閥進行拆檢發(fā)現(xiàn)進氣閥彈簧斷裂、閥體內(nèi)積累較多雜質(zhì)、閥片斷裂等。
2）循環(huán)氫中攜帶的催化劑粉塵較多。催化劑粉塵會積聚在氣閥閥片、閥座上形成油泥、積碳，堵塞氣閥的流通面積，影響閥片的啟閉，閥片彈簧受力不均，長期處在較高的交變應(yīng)力工況下工作，容易造成閥片、彈簧斷裂。
3)介質(zhì)循環(huán)氫氣中夾帶液體組分。生產(chǎn)上循環(huán)氫氣雖然經(jīng)過循環(huán)氫分液罐進行分離，但仍帶有少量較輕的液體組分，同時生產(chǎn)上的操作波動將會使液體組分進一步增加。從而使壓縮機吸入的氫氣帶液，對氣缸及氣閥產(chǎn)生液擊。機組在生產(chǎn)運行過程中帶液運行，形成液擊，極易造成氣閥閥片、彈簧、閥座損壞或斷裂，導(dǎo)致氣閥故障，同時因液體難壓縮，機組帶液運行存在嚴(yán)重的安全隱患。
四、往復(fù)式壓縮機的日常維護
要保證往復(fù)壓縮機長周期地安全運行，應(yīng)該特別注重日常的維護保養(yǎng)。s*先必須清楚壓縮機產(chǎn)生故障的原因，特別密切注意壓縮機各零部件的異常和振動情況，嚴(yán)格規(guī)范操作；其次，進行故障跟蹤，加強狀態(tài)監(jiān)測和檢修管理，以掌握故障的診治方法。
具體到日常操作應(yīng)注意以下幾點：
1.加強對潤滑油的監(jiān)控，定期對潤滑油進行指標(biāo)分析。及時置換不合格油品；盡量將油壓、油溫、油位控制在允許范圍內(nèi)。
2.對有負荷調(diào)節(jié)器的機組要注意備用機組負荷調(diào)節(jié)器的完好，定期活動，以保證負荷調(diào)節(jié)器靈活好用。否則，壓縮機如在泄荷狀態(tài)下開機將直接導(dǎo)致壓力超高，安全閥起跳。
3.重視盤車。定期做好備用機組的盤車，z*好是在開啟潤滑油泵之前盤車，在開機前的盤車就更為重要了。日常盤車至少一周一次，這樣可以提前預(yù)知機組的異常狀況，避免發(fā)生低級錯誤。
4.往復(fù)壓縮機一級入口和級間不可避免地會帶液。但是這些液體一定要及時排掉，防止氣缸大量積液，造成液擊。有時大量帶液會使入口過濾器差壓升高，此時應(yīng)及時清理堵塞的過濾器。
5.冷卻的好壞關(guān)系到零部件的壽命。機組的長周期運行，對工藝介質(zhì)、氣缸、填料、潤滑油的冷卻要密切注意，防止超溫。
6.對于壓縮機的檢修質(zhì)量，一定要按照檢修規(guī)程要求檢驗。如活塞桿鎖緊螺母要切實達到額定的力矩；大頭瓦緊固螺栓不可超出額定力矩太多，防止螺栓塑性變形或者疲勞破壞，并記錄好每次的螺栓長度以作為今后參考。
五、結(jié)語
為了確保壓縮機組的長周期、安全平穩(wěn)的生產(chǎn)運行，應(yīng)加強公司級的大型機組的特護工作，崗位操作人員要嚴(yán)格按照設(shè)備安全操作規(guī)程操作。車間班組、維保人員及專業(yè)技術(shù)人員做到日、周、月度及年度的日常和定期維護保養(yǎng)及檢維修工作。加強車間班組、維保人員及專業(yè)技術(shù)人員的機組特護工作，落實到責(zé)任人，定時定點進行機組的巡檢點檢工作，及時發(fā)現(xiàn)機組在運行過程中的隱患，確保機組的安全運行。崗位操作人員要嚴(yán)格按照設(shè)備安全操作規(guī)程進行操作，嚴(yán)禁違規(guī)操作。同時熟練掌握往復(fù)式壓縮機常見故障原因，及快速判斷和解決故障，加強機組的運行、維護管理，只有這樣堅持科學(xué)的管理，才能降低設(shè)備故障率，才能降低設(shè)備維修和管理成本，確保設(shè)備的安全運行，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
作者簡介
石芝鋒 ，男，本科學(xué)士，中級工程師,過程裝備與控制工程專業(yè)。在石油化工及燃氣行業(yè)從事設(shè)備專業(yè)技術(shù)管理工作近8年，現(xiàn)在煉廠加氫裝置從事設(shè)備專業(yè)技術(shù)管理工作，任設(shè)備主管和設(shè)備工程師。
【壓縮機網(wǎng)】一、往復(fù)式壓縮機的工作原理及結(jié)構(gòu)
因往復(fù)式壓縮機具有使用壓力范圍廣、熱效率高，單位耗能少、排氣范圍廣、對材料要求低、技術(shù)成熟，生產(chǎn)經(jīng)驗豐富、裝置系統(tǒng)簡單等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。尤其在石油煉化行業(yè)，往復(fù)壓縮機得到廣泛的應(yīng)用，其作為煉化裝置的核心設(shè)備，其長周期、安全、平穩(wěn)運行是煉化裝置長周期、安全生產(chǎn)運行的關(guān)鍵。特別是往復(fù)式活塞式壓縮機在石油化工生產(chǎn)中、高壓及超高壓，低流量范疇內(nèi)，仍然占據(jù)著難以替代的重要位置，加上我國設(shè)計水平和加工質(zhì)量不斷提高，近年來國產(chǎn)活塞式壓縮機也得到了廣泛的使用。如表1是活塞式壓縮機在石油化工生產(chǎn)中的應(yīng)用示例。
1、往復(fù)式壓縮機工作原理
往復(fù)式壓縮機屬于容積式壓縮機，是使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機。其由曲軸帶動連桿，連桿帶動活塞，活塞做往復(fù)運動，活塞運動使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，氣缸內(nèi)的壓縮氣體的工作過程可分成膨脹、吸入、壓縮和排氣四個過程。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，通過連桿的傳動，活塞便做往復(fù)運動，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積則會發(fā)生周期性變化。活塞從氣缸蓋開始運動時，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，這時氣體即沿著進氣管推開進氣閥而進入氣缸，直到工作容積變到z*大時為止，進氣閥關(guān)閉；活塞反向運動時，氣缸內(nèi)工容積縮小，氣體壓力升高，當(dāng)氣缸內(nèi)壓力達到并略高于排氣壓力時，排氣閥打開，氣體排出氣缸，直到活塞運動極限位置為止，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運動時，上述過程重復(fù)出現(xiàn)。總之，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼實現(xiàn)進氣、壓縮、排氣的過程，即完成一個工作循環(huán)。
2、往復(fù)式壓縮機的結(jié)構(gòu)
往復(fù)式壓縮機是容積式壓縮機的一種，其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機構(gòu)、活塞組件、填料（也就是壓縮機的密封件）、氣閥、機身與基礎(chǔ)、管線及附屬的設(shè)備等。
1）氣缸：氣缸是壓縮機主要零部件之一，應(yīng)有良好的表面以利于潤滑和耐磨，還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，以便于使摩擦產(chǎn)生的熱能以z*快的速度散發(fā)出去；還要有足夠大的氣流通道面積及氣閥安裝面積，使閥腔容積達到恰好能降低氣流的壓力脈動幅度，以保證氣閥正常工作并降低功耗。余隙容積應(yīng)小些，以提高壓縮機的效率。
2）曲柄連桿機構(gòu)：該機構(gòu)包括十字頭、連桿、曲軸、滑導(dǎo)等——它是主要的運轉(zhuǎn)和傳動部件件，將電機的圓周運動經(jīng)連桿轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，同時它也是主要的受力部件。
3）活塞組件：主要有活塞頭、活塞環(huán)、托瓦和活塞桿?；钊男螤詈统叽缗c氣缸有密切關(guān)系，分為雙作用和單作用活塞?；钊h(huán)用以密封氣缸內(nèi)的高壓氣體，防止其從活塞和氣缸之間的間隙泄漏。托瓦的作用顧名思義是起支撐活塞的作用，所以托瓦也是易損件，托瓦材質(zhì)的好壞也直接影響壓縮機的使用壽命。
4）填料：活塞桿填料主要用于密封氣缸內(nèi)座與活塞桿之間的間隙，阻止氣體沿活塞桿徑向泄漏。填料環(huán)的制造及安裝涉及“三個間隙”。分別為軸向間隙（保證填料環(huán)在環(huán)槽內(nèi)能自由浮動），徑向間隙（防止由于活塞桿的下沉使填料環(huán)受壓造成變形或者損壞）和切向間隙（用于補償填料環(huán)的磨損）。目前平面填料多為“三六瓣型”和“切向切口三瓣型”。
5）氣閥：是壓縮機z*主要的組件，同時也是z*容易損壞的零件。其設(shè)計的好壞會直接影響到壓縮機的排氣量、功耗及運轉(zhuǎn)可靠性。好的氣閥應(yīng)具有以下特點：高效節(jié)能（占軸功率的3%～7%），氣密性與動作及時性完美結(jié)合，壽命長（一般實際壽命8000h），形成的余隙容積小，噪音低，溫升小，可翻新使用。氣閥的材質(zhì)分為金屬和非金屬，就目前的情況看，非金屬材料閥片的應(yīng)用越來越廣泛。
6）管線和附屬設(shè)備：壓縮機的管路和出入緩沖器的設(shè)計是否合理，將直接影響機組的振動情況。
二、往復(fù)壓縮機的故障分析
往復(fù)壓縮機的故障大多發(fā)生在吸氣閥、活塞環(huán)、填料以及管路等部件上。
1、氣閥常見故障及分析
?。?）吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞
吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為：
?、佟厣撸y蓋發(fā)熱；
② 對應(yīng)的排氣閥溫度升高；
?、邸￠y所在級與前一級間壓力升高；
④ 壓縮機排氣量下降；
⑤ 進氣溫度升高。
氣體經(jīng)過壓縮后溫度上升，吸氣閥泄漏或者密封墊片損壞后，高溫氣體返回進氣腔，造成閥溫升高，進氣溫度上升，從而再次被壓縮后排氣溫度升高。另外，壓縮后的氣體回流造成前面壓力升高，壓力越升高排氣量下降就越多。
?。?）排氣閥泄漏或密封墊墊片損壞
排氣閥泄漏或者密封墊片損壞主要表現(xiàn)為：
?、佟∨艢忾y溫度升高，閥片發(fā)熱；
?、凇∨艢鈮毫ο陆担?/div>
?、邸嚎s機排氣量下降。
由于排氣閥泄漏或者密封墊片損壞。在氣缸吸氣過程中，部分壓縮后的高溫高壓氣體回流至氣缸使混合氣體溫度升高，再次被壓縮后溫度更高，回流還會造成流量下降，排氣壓力下降。
?。?）負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)卡澀
負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)卡澀主要表現(xiàn)為：
?、佟∝摵烧{(diào)節(jié)指示器不動作；
② 對應(yīng)的進氣閥溫度升高，閥蓋發(fā)熱；
?、邸?yīng)的排氣閥溫升高；
?、堋￠y所在級與前一級間壓力升高；
⑤ 壓縮機排氣量下降；
?、蕖∵M氣溫度升高。
負荷調(diào)節(jié)機構(gòu)如果卡在泄荷的位置會造成吸氣閥泄漏；如果卡在加載位置上則會造成壓縮機負載啟動，影響傳動部件的使用壽命。
2、填料常見故障
活塞桿與填料摩擦磨損嚴(yán)重。填料中有粉狀沉積物。填料環(huán)箍緊，彈簧失彈或斷裂。造成密封失效故障，這也是密封失效的主要原因。
?。?）工藝介質(zhì)夾帶顆粒物
現(xiàn)場檢查有時會發(fā)現(xiàn)在壓縮機氣缸及填料密封腔體中有大量沉積物。這些沉積物是由工藝介質(zhì)夾帶過來的微細固體粉塵或結(jié)焦的碳粒組成，其硬度往往很高。其在密封腔處的沉積必然會造成密封填料嚴(yán)重的磨損，從而大大縮短填料密封環(huán)及活塞桿的使用壽命。通過調(diào)整工藝使壓縮機參數(shù)達到設(shè)計要求，必要時可加氣固分離器分離掉這些顆粒雜物，就可避免氣缸與活塞環(huán)、活塞桿與填料摩擦副之間的顆粒磨損。
?。?）活塞桿組合密封環(huán)緊箍力過大或彈簧失彈
往復(fù)式壓縮機活塞桿與填料密封處于相對運動狀態(tài)，填料環(huán)通過抱緊活塞桿來實現(xiàn)對介質(zhì)的密封，填料環(huán)的抱緊力由彈簧及環(huán)徑向壓差來實現(xiàn)。顯然，彈簧的緊箍力越大，填料對活塞桿的抱緊力就越大，活塞桿與填料環(huán)的相對摩擦就會越嚴(yán)重，摩擦產(chǎn)生的熱量就越多，從而造成填料環(huán)使用初期溫升非常高，磨損特別厲害。由于填料環(huán)常用填充聚四氟乙烯制成，其熱膨脹系數(shù)較大，初始階段產(chǎn)生的摩擦熱量若不能被及時帶走，填料環(huán)熱膨脹變形大，加上填料環(huán)彈簧緊箍力大，摩擦磨損加劇，形成惡性循環(huán)。經(jīng)過短短幾天的劇烈磨損，當(dāng)填料對活塞桿的抱緊力趨于減小即摩擦力減小時填料環(huán)與活塞桿之間的縫隙增大，介質(zhì)泄漏量增加，z*終密封失效。
解決辦法：在總體結(jié)構(gòu)不變的前提下，更換活塞密封環(huán)調(diào)整活塞密封環(huán)與缸體之間的間隙或采用具有自潤滑性能，耐磨性能更好的材料制作活塞環(huán)和填料環(huán)，再者可適當(dāng)降低彈簧緊箍力，設(shè)計引入間隙密封。彈簧的失彈大多是由于彈簧疲勞所導(dǎo)致，彈簧質(zhì)量問題只占少數(shù)情況，只能更換質(zhì)量好些的彈簧。
?。?）填料密封盒冷卻水流量偏小
填料密封盒部位的溫升主要是由于填料環(huán)與活塞桿劇烈摩擦引起的，這些摩擦熱應(yīng)被及時帶走。實際上，由于填料密封盒用水與缸套用水基本都采用并聯(lián)形式，填料密封處的壓降大，因而導(dǎo)致填料盒冷卻水流量不夠，摩擦熱不能被及時帶走，影響了填料的正常使用壽命。因此，應(yīng)適當(dāng)增大循環(huán)水壓力及流量以使循環(huán)水及時帶走活塞桿與填料環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量?？刂铺盍厦芊夂刑幍臏囟炔淮笥?0℃。
3、活塞環(huán)常見故障及分析
活塞環(huán)常見的故障有：
① 活塞環(huán)斷裂；
?、凇』钊h(huán)漲死，失去彈性，不能膨脹；
?、邸』钊h(huán)過度磨損，間隙增大。
活塞環(huán)不能起到密封作用的主要表現(xiàn)形式為：
① 該級排氣溫度升高；
?、凇≡摷壟艢鈮毫档?；
?、邸嚎s機排氣量下降。
對于雙作用往復(fù)壓縮機，即氣缸內(nèi)一側(cè)在壓縮時，另一側(cè)在吸氣，當(dāng)活塞環(huán)損壞或者漲死時，不能起到密封作用，使得蓋側(cè)或軸側(cè)被壓縮的高壓高溫氣體通過活塞環(huán)竄入軸側(cè)（或蓋側(cè)）低溫低壓氣體中。與吸入的低壓溫氣體混合，混合之后氣體溫度升高，又由于壓縮氣體通過活塞環(huán)互竄，使該級的排氣壓力下降，壓縮機的排氣也隨之下降。
4、管路振動
?。?）管路振動的原因
引起往復(fù)壓縮機及其管線振動的原因主要有兩類：
1）由機組振動的不平衡基礎(chǔ)設(shè)計不當(dāng)而引起。壓縮機在組裝過程中由于技術(shù)或質(zhì)量問題造成機組裝配誤差大，引起機組的平衡惡化產(chǎn)生振動。壓縮機基礎(chǔ)質(zhì)量太小也可引起壓縮機本體振動。
2）由管線內(nèi)氣流脈動引起活塞式壓縮機吸氣和排氣的間隙變化，可使氣體產(chǎn)生脈動——壓縮機管線內(nèi)充滿氣體時形成氣柱。該氣柱是一個有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動系統(tǒng)，受到一定工況條件的誘導(dǎo)就會發(fā)生振動——在機組管系的彎頭處氣體運動方向會發(fā)生改變，從而使管線受到氣體沖擊力的作用。系統(tǒng)管線彎頭太多、管線受到的沖擊力就會很大。如果彎頭處缺少固定支點，將會產(chǎn)生劇烈振動。當(dāng)流體穩(wěn)定流動時，管線不產(chǎn)生振動；但當(dāng)流體運動方向在管線斷面突變處變化時，流體速度發(fā)生變化，導(dǎo)致管線受力改變——使管線內(nèi)局部壓力變化，產(chǎn)生一定的脈動，誘發(fā)振動。如果管內(nèi)有脈動存在，則管線內(nèi)各部分的壓力不同，也會形成振源。由于管系內(nèi)彎頭較多，流體在管線內(nèi)不斷地改變流動方向，對管線形成沖擊；并且流體自身的狀態(tài)也發(fā)生變化——這些變化誘發(fā)的振動，其頻率與管系固有頻率重合時，則產(chǎn)生共振。
?。?）采取的措施
消除共振z*基本的方法是將氣流脈動壓力減小，并將其固定在允許的z*小值之內(nèi)，使激發(fā)頻率不等于管路固有頻率。具體方法有：
?、僭诰o靠壓縮機每一級出入口處各設(shè)置一個緩沖罐，改變管系的氣柱固有頻率，破壞振源與管系振動頻率的重合，并可降低氣流脈動的幅值。但是緩沖罐容積設(shè)計不好也會引起振動，經(jīng)驗表明其應(yīng)該比氣缸行程容積大10倍，且盡量靠近氣缸；
②在管系的適當(dāng)位置，特別是管線的彎頭處增設(shè)固定支撐，并在管線與支點間加墊硬橡膠板以改變支撐彈性并改變管系的振動頻率；
③在管線的適當(dāng)位置增設(shè)孔板，以改變管系的振動頻率，用孔板減振會伴有較大阻力損失，因此只用于已發(fā)生共振且無法改變截面的情況，其作用遠不及緩沖罐的作用。
5、撞缸
撞缸是往復(fù)機組的重大惡性事故，主要表現(xiàn)為缸體內(nèi)發(fā)生巨大的撞擊聲，嚴(yán)重時導(dǎo)致機組多處損壞，如缸蓋撞飛，大小頭瓦斷裂甚至發(fā)生爆炸。撞缸分為液擊和金屬撞擊兩種，液擊聲音比金屬撞擊聲要沉悶一些，但是后果一樣嚴(yán)重。防范措施主要是規(guī)范日常操作防止大量帶液；加強巡檢，發(fā)現(xiàn)異常聲音及時排查。
三、典型案例
某石化公司加氫裝置循環(huán)氫壓縮機C-2001A機組在生產(chǎn)運行中發(fā)現(xiàn)左右氣缸排氣溫度高報警，左氣缸排氣溫度110℃、左右氣缸排氣溫度109℃，且溫度趨勢不斷上升，排氣量也不斷降低，為了滿足生產(chǎn)需要及安全生產(chǎn)，z*后被迫用停機切換備用機組。
從檢修的情況看，造成這次壓縮機排氣溫度高故障的主要原因是氣閥故障，氣閥泄漏或損壞串氣。主要表現(xiàn)為閥片、閥座上堆積較多的催化劑粉塵、油泥、積碳較多，導(dǎo)致氣閥閥片、彈簧腐蝕，閥片、彈簧斷裂嚴(yán)重，同時機組帶液，形成液擊，閥座液擊斷裂。從而導(dǎo)致氣閥故障致機組在生產(chǎn)運行過程中出現(xiàn)排氣溫度高，排氣量降低。根據(jù)檢修的情況分析，及結(jié)合機組實際的運行工況，造成循環(huán)氫壓縮機氣閥故障原因為：
1）裝置加工高硫油，循環(huán)氫中H2S含量高（在裝置生產(chǎn)過程中對循環(huán)氫定期取樣分析，循環(huán)氫H2S含量在10000-15000ppm），循環(huán)氫高濃度的H2S加速氣閥彈簧、閥片腐蝕斷裂。對氣閥進行拆檢發(fā)現(xiàn)進氣閥彈簧斷裂、閥體內(nèi)積累較多雜質(zhì)、閥片斷裂等。
2）循環(huán)氫中攜帶的催化劑粉塵較多。催化劑粉塵會積聚在氣閥閥片、閥座上形成油泥、積碳，堵塞氣閥的流通面積，影響閥片的啟閉，閥片彈簧受力不均，長期處在較高的交變應(yīng)力工況下工作，容易造成閥片、彈簧斷裂。
3)介質(zhì)循環(huán)氫氣中夾帶液體組分。生產(chǎn)上循環(huán)氫氣雖然經(jīng)過循環(huán)氫分液罐進行分離，但仍帶有少量較輕的液體組分，同時生產(chǎn)上的操作波動將會使液體組分進一步增加。從而使壓縮機吸入的氫氣帶液，對氣缸及氣閥產(chǎn)生液擊。機組在生產(chǎn)運行過程中帶液運行，形成液擊，極易造成氣閥閥片、彈簧、閥座損壞或斷裂，導(dǎo)致氣閥故障，同時因液體難壓縮，機組帶液運行存在嚴(yán)重的安全隱患。
四、往復(fù)式壓縮機的日常維護
要保證往復(fù)壓縮機長周期地安全運行，應(yīng)該特別注重日常的維護保養(yǎng)。s*先必須清楚壓縮機產(chǎn)生故障的原因，特別密切注意壓縮機各零部件的異常和振動情況，嚴(yán)格規(guī)范操作；其次，進行故障跟蹤，加強狀態(tài)監(jiān)測和檢修管理，以掌握故障的診治方法。
具體到日常操作應(yīng)注意以下幾點：
1.加強對潤滑油的監(jiān)控，定期對潤滑油進行指標(biāo)分析。及時置換不合格油品；盡量將油壓、油溫、油位控制在允許范圍內(nèi)。
2.對有負荷調(diào)節(jié)器的機組要注意備用機組負荷調(diào)節(jié)器的完好，定期活動，以保證負荷調(diào)節(jié)器靈活好用。否則，壓縮機如在泄荷狀態(tài)下開機將直接導(dǎo)致壓力超高，安全閥起跳。
3.重視盤車。定期做好備用機組的盤車，z*好是在開啟潤滑油泵之前盤車，在開機前的盤車就更為重要了。日常盤車至少一周一次，這樣可以提前預(yù)知機組的異常狀況，避免發(fā)生低級錯誤。
4.往復(fù)壓縮機一級入口和級間不可避免地會帶液。但是這些液體一定要及時排掉，防止氣缸大量積液，造成液擊。有時大量帶液會使入口過濾器差壓升高，此時應(yīng)及時清理堵塞的過濾器。
5.冷卻的好壞關(guān)系到零部件的壽命。機組的長周期運行，對工藝介質(zhì)、氣缸、填料、潤滑油的冷卻要密切注意，防止超溫。
6.對于壓縮機的檢修質(zhì)量，一定要按照檢修規(guī)程要求檢驗。如活塞桿鎖緊螺母要切實達到額定的力矩；大頭瓦緊固螺栓不可超出額定力矩太多，防止螺栓塑性變形或者疲勞破壞，并記錄好每次的螺栓長度以作為今后參考。
五、結(jié)語
為了確保壓縮機組的長周期、安全平穩(wěn)的生產(chǎn)運行，應(yīng)加強公司級的大型機組的特護工作，崗位操作人員要嚴(yán)格按照設(shè)備安全操作規(guī)程操作。車間班組、維保人員及專業(yè)技術(shù)人員做到日、周、月度及年度的日常和定期維護保養(yǎng)及檢維修工作。加強車間班組、維保人員及專業(yè)技術(shù)人員的機組特護工作，落實到責(zé)任人，定時定點進行機組的巡檢點檢工作，及時發(fā)現(xiàn)機組在運行過程中的隱患，確保機組的安全運行。崗位操作人員要嚴(yán)格按照設(shè)備安全操作規(guī)程進行操作，嚴(yán)禁違規(guī)操作。同時熟練掌握往復(fù)式壓縮機常見故障原因，及快速判斷和解決故障，加強機組的運行、維護管理，只有這樣堅持科學(xué)的管理，才能降低設(shè)備故障率，才能降低設(shè)備維修和管理成本，確保設(shè)備的安全運行，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
作者簡介
石芝鋒 ，男，本科學(xué)士，中級工程師,過程裝備與控制工程專業(yè)。在石油化工及燃氣行業(yè)從事設(shè)備專業(yè)技術(shù)管理工作近8年，現(xiàn)在煉廠加氫裝置從事設(shè)備專業(yè)技術(shù)管理工作，任設(shè)備主管和設(shè)備工程師。
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