朱國太
摘要:往復式壓縮機作為海上平臺石油天然氣開發(fā)過程中極其重要的設(shè)備,其工作的可靠性要求越來越高。針對往復式壓縮機經(jīng)常出現(xiàn)故障的現(xiàn)狀,指出了往復式壓縮機常見的故障及其產(chǎn)生的原因,延長軸瓦的使用壽命、降低了故障停機時間、減少了故障維修支出。
關(guān)鍵詞:往復式壓縮機;工作原理;常見故障;預防措施;效果評價
引言
隨著石油天然氣需求量的與日俱增,對石油天然氣開發(fā)設(shè)備的可靠性要求越來越高。往復式壓縮機作為海上平臺重要的石油天然氣開采設(shè)備,服役條件極其苛刻,承受著較高壓力的同時還要受到石油天然氣的侵蝕,因此必須保證其運行的可靠性。因此研究海上平臺往復式壓縮機常見故障,提出確實可行的預防措施,對于提高工作可靠性具有重要的意義。
1.往復式壓縮機組成及工作原理
往復式活塞壓縮機通過活塞在缸體內(nèi)部的往復運動實現(xiàn)天然氣的往復增壓和輸送,其主要組成部分包括動力傳動部件和壓縮部件。其工作原理如下:曲軸箱內(nèi)部的曲軸在外力作用下進行旋轉(zhuǎn)運動,之后經(jīng)連桿將運動傳輸至活塞,將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復移動;活塞在缸體中往復運動時,二者組成的工作容積周期性的變大和縮小,當工作容積變大時出氣口關(guān)閉,缸體內(nèi)產(chǎn)生負壓將天然氣由進油口吸入缸體,當工作容積變小時進氣口關(guān)閉,缸體內(nèi)產(chǎn)生正壓將天然氣由出氣口壓出,如此往復運動。
2.往復式壓縮機常見故障及原因分析
2.1連桿大頭軸瓦磨損
往復式壓縮機連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中曲軸與連桿大頭時刻進行著相對運動,為了降低曲軸和連桿大頭之間的磨損速度,避免經(jīng)常更換連桿部件,造成較大的經(jīng)濟損失,二者之間通常設(shè)置軸瓦,但是在連續(xù)運轉(zhuǎn)時軸瓦也存在磨損問題。出現(xiàn)連桿大頭軸瓦磨損問題的主要原因是軸瓦表面承受交替變化的載荷,產(chǎn)生往復的拉應力、壓應力和剪切應力。當軸瓦表面所受的載荷大于軸瓦材料的許用應力時,就會導致軸瓦接觸表面產(chǎn)生微小的裂紋。連續(xù)不斷的交替應力會使?jié)櫥蛿D進表面微裂紋內(nèi)部加速軸瓦表面裂紋的擴展,致使軸瓦表面鍍層脫落。脫落之后的鍍層顆粒殘存在軸瓦工作表面,隨著軸瓦表面的連續(xù)工作,將會產(chǎn)生軸瓦表面的磨粒磨損,加快軸瓦的磨損速度,最終導致軸瓦出現(xiàn)磨損故障。
2.2主軸軸瓦磨損
往復式壓縮機在石油天然氣生產(chǎn)過程中正常工作的動力來源于曲軸,曲軸作為動力的輸入部件,工作過程中承受較大的交變載荷,使主軸軸瓦表面極易出現(xiàn)疲勞磨損或者磨粒磨損故障。出現(xiàn)主軸軸瓦磨損故障的原因主要是在曲軸承受較大載荷時,曲軸軸頸將會產(chǎn)生較大的變形,使其呈現(xiàn)出鼓形或者錐形,或者主軸軸瓦孔出現(xiàn)較大的變形,導致曲軸主軸位置與軸瓦工作面的一側(cè)先接觸,主軸軸瓦優(yōu)先接觸曲軸主軸的位置將會承受極大的載荷應力,很容易刺穿油膜,導致二者之間出現(xiàn)干摩擦,導致主軸軸瓦的磨損。
2.3輸出壓力不足
進氣口和出氣口閥件出現(xiàn)開閉異常情況以及缸體部位存在漏油現(xiàn)象,當連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中,進、出氣口閥件異常將會導致缸體吸氣過程存在吸氣量不足、天然氣倒吸等問題,缸體壓氣過程存在天然氣沿進氣口外溢情況,不能完全將缸體內(nèi)的天然氣增加輸送出去,降低天然氣增壓輸送的效率。
2.4 過熱
連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中存在較多的摩擦副,摩擦的存在必然會產(chǎn)生熱量。由于往復式壓縮機應用于海上平臺石油天然氣開采增壓輸送過程,避免出現(xiàn)火災或者更嚴重的事故。摩擦副溫度的升高,也會增加潤滑油膜形成的難度,溫度超過一定程度,就會使?jié)櫥湍は?,出現(xiàn)局部干摩擦,加速了摩擦副之間的磨損速度,繼續(xù)升溫將會導致軸瓦的燒蝕甚至抱死,帶來較大損失。
3.常見故障預防措施
3.1磨損預防措施
一是優(yōu)先采用耐磨性能更好的連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦,以此提高材料的許用應力,保證連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦具有足夠的耐磨能力;二是嚴格控制連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦的加工質(zhì)量,確保軸瓦工作表面無劃痕、點蝕等缺陷,降低連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦工作過程中微裂紋產(chǎn)生的可能;三是運行過程中及時檢測調(diào)整連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦的狀態(tài),避免出現(xiàn)連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦局部偏載刺穿油膜出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象,降低連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦磨損速度。四是定期清理連桿大頭軸瓦和主軸軸瓦內(nèi)部的磨粒,避免過早出現(xiàn)軸瓦的磨粒磨損。
3.2輸出壓力不足預防措施
為了保證工作效率,可靠完成天然氣開采過程中的增壓輸送工作,必須保證輸出壓力恒定。為了避免出現(xiàn)輸出壓力不足的問題,可以采取以下預防措施:第一是定期檢查進、出氣閥的工作狀態(tài),確保其能夠可靠的開關(guān)和閉合;第二是定期校準往復式壓縮機進、出氣閥啟閉周期,確保在吸氣時排氣閥可靠閉合,在壓氣時吸氣閥可靠閉合;第三是定期檢查缸體連接螺栓的松緊程度,避免出現(xiàn)螺栓的松動,出現(xiàn)缸體漏油或者卸壓的情況。
3.3往復式壓縮機過熱預防措施
一是定期檢查往復式壓縮機表面的工作溫度,出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時及時停止運行進行檢測,確保往復式壓縮機各部分工作溫度正常;二是夏季工作中的往復式壓縮機,需要增加風冷措施,以便提高往復式壓縮機的散熱速度,維持往復式壓縮機表面溫度處于較低的狀態(tài);三是及時更換往復式壓縮機內(nèi)部的磨損組件,定期進行潤滑,避免往復式壓縮機工作過程中出現(xiàn)干摩擦情況,產(chǎn)生瞬間較高的溫度。
4.故障預防效果評價
更換為耐磨性更好的軸瓦、每隔一個月對往復式壓縮機進行維護清理、及時配置風冷設(shè)施等。連續(xù)運行的半年內(nèi),對運行情況進行跟蹤記錄,結(jié)果顯示,相較于未采取預防措施之前,軸瓦未出現(xiàn)較快的磨損故障,壽命延長近40%;因運行故障停機修理的時間減少近25%。據(jù)相關(guān)人士估計,采取故障預防措施能夠企業(yè)降低約56萬/年的維修支出,同時也降低了石油天然氣開采的成本,提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
5.結(jié)論
海上平臺往復式壓縮機的安全可靠運行不僅關(guān)系著石油天然氣開采工作的正常開展,還與相關(guān)工作人員的生命安全息息相關(guān),必須引起高度重視。首先介紹了往復式壓縮機的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理,結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗,提出了往復式壓縮機運行過程中的常見故障,包括連桿大頭軸瓦及主軸軸瓦的磨損、輸出壓力不足以及過熱等,分析了上述故障產(chǎn)生的主要原因?;谏鲜龀R姽收?,提出了確實可行的預防措施,結(jié)果表明,軸瓦壽命延長近40%、因往復式壓縮機運行故障停機修理的時間減少近25%、為企業(yè)降低約56萬/年的維修支出,故障預防措施效果顯著。
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