陳忠田

（中國石油獨山子石化公司公共服務(wù)公司，新疆 獨山子 833699）

活塞式壓縮機作為容積式壓縮機的一種已廣泛應(yīng)用石油化工行業(yè)，實現(xiàn)介質(zhì)大流量輸出。 隨著國內(nèi)設(shè)計、研發(fā)和制造水平的提高，國內(nèi)煉化企業(yè)使用的活塞式壓縮機逐漸國產(chǎn)化，制氫裝置解析氣壓縮機是由沈陽氣體壓縮機廠生產(chǎn)的臥式兩級壓縮機。該壓縮機在運行過程中巡檢發(fā)現(xiàn)一級缸聲音異常振動加劇，出現(xiàn)撞缸故障。停機后解體檢查發(fā)現(xiàn)主要部件活塞桿斷裂、 活塞破裂、液壓連接器損壞。通過分析故障原因，對壓縮機活塞桿、液壓連接器、活塞等部件進行維修，排除了影響設(shè)備運行故障，保證了設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

1 設(shè)備概況

制氫解析氣壓縮機是對PSA系統(tǒng)解析出氫氣回收，該壓縮機轉(zhuǎn)速為371r/min、氣缸直徑860/580mm、活塞行程280mm、功率420kW、流量5227Nm3/h。雙列氣缸采用注油器注油潤滑。主要部件潤滑與API618標準不同，曲軸主軸瓦由油管線單獨潤滑，曲軸大頭瓦由機身油池油泵進行強制潤滑通過十字頭滑道，依次潤滑十字頭、連桿小頭瓦、連桿大頭瓦等運動部件后流回油池。

2 故障原因分析

2.1 現(xiàn)場情況

制氫裝置PSA系統(tǒng)因故障停運，解析氣壓縮機A機改為空負荷運行，運行過程中操作人員發(fā)現(xiàn)A機油壓降低，脫鹽水罐液位快速降低。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)A機軸頭泵入口法蘭處往外漏油，一、二級缸冷卻水線連接處往外漏水，一級缸體聲音異常振動加劇，現(xiàn)場緊急停機，檢查發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)一級缸撞缸故障。在壓縮機解體后檢查發(fā)現(xiàn)：一級活塞桿斷裂、液壓連接器損壞、一級活塞破裂、一級缸頭螺栓拉伸變形。如圖1、2所示。

圖1 活塞桿斷裂

圖2 液壓聯(lián)接器損壞

2.2 原因分析

（1）活塞桿與十字頭連接液壓連接器。如圖3所示，該壓縮機活塞桿與十字頭連接采用液壓連接器。液壓式連接器的是使用液壓泵加壓產(chǎn)生的高壓液壓油，通過壓力體上的高壓接頭進入密封腔體，液壓油通過環(huán)形活塞上，在壓力體上產(chǎn)生壓力，進一步作用在活塞桿上，使細活塞桿出現(xiàn)彈性變形伸長，使用勾頭扳手緊固鎖緊與十字頭斷面貼合。釋放液壓油壓力后，活塞桿彈性變形產(chǎn)生的的彈性預緊力作用在鎖緊螺母與壓力體的連接螺紋上，螺紋產(chǎn)生緊力，達到十字頭與活塞桿緊固連接，確保在往復運行中不脫開。

檢修時，壓力體打壓150MPa保壓30分鐘（廠家要求標準≤150MPa)，使細活塞桿彈性變形部位伸長，然后旋轉(zhuǎn)鎖緊螺母4使之與十字頭端面貼緊。卸壓后，活塞桿彈性變形部位收縮，鎖緊螺母4與壓力體7之間的螺紋產(chǎn)生預緊力，使活塞桿與十字頭牢固連接。

（2）活塞桿與十字頭裝配部位。一級活塞桿與十字頭裝配部位如圖4所示，彈性變形處為φ31.86mm細活塞桿，斷裂處為φ32.89mm細活塞桿?；钊麠U彈性變形部位為與壓力體配合處，該段細活塞桿的直徑確定要合適工況要求，直徑過大活塞桿彈性變形產(chǎn)生困難，直徑過小活塞桿的強度和連接預緊力不夠。細活塞桿的加工長度既要符合加工要求還要符合工況要求，過長增加活塞桿結(jié)構(gòu)尺寸，過短活塞桿彈性變形產(chǎn)生不夠。總之要根據(jù)連接件所需要的預緊力的大小而確定，在結(jié)構(gòu)尺寸確定的情況下，打壓要按照標準操作，過大壓力會使細活塞桿彈性變形降低直至失去彈性。

圖4 一級活塞桿與十字頭裝配部位

如圖1所示，活塞桿斷裂部位在止推環(huán)與活塞桿配合處，觀察斷口發(fā)現(xiàn)?；钊麠U的截面與活塞桿軸線方向垂直，且斷裂面具有明顯的擠壓痕跡存在，壓痕的產(chǎn)生是由于活塞桿斷裂后，十字頭繼續(xù)運動，對斷面的沖擊擠壓所致，由此可以初步判斷活塞桿斷裂應(yīng)為疲勞斷裂。通過查看設(shè)備資料，該活塞桿材質(zhì)為42CrMo，材質(zhì)屬于超高強度鋼，具有高強度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好，同時活塞桿斷裂如果是由于材料變脆而斷裂，斷口周圍不會出現(xiàn)均勻的變形區(qū)域。從以上斷口和材質(zhì)性能分析判斷活塞桿斷裂應(yīng)屬于疲勞斷裂。

如圖1所示，活塞桿與止推環(huán)接觸部分有翻邊現(xiàn)象，可初步判斷活塞桿與十字頭回裝過程中，液壓泵打壓壓力出現(xiàn)偏離情況。打壓超標會使活塞桿伸長量超標，活塞桿拉伸部位產(chǎn)生超標的拉應(yīng)力持續(xù)作用會使活塞桿材料迅速屈服出現(xiàn)疲勞斷裂。打壓不夠就滿足不活塞桿與十字頭連接所需要的預緊力，活塞桿往復運行中交變力增大，加大疲勞裂紋的產(chǎn)生速度，造成疲勞斷裂。

3 綜合分析

該設(shè)備自投用20多年，每次中修都需要拆卸、安裝液壓連接器，幾十次的打壓活塞桿的彈性變形長度將會發(fā)生變化，每次都按照150MPa標準來會出現(xiàn)打壓不足或打壓超標現(xiàn)象，活塞桿的彈性變形部位可能已經(jīng)出現(xiàn)塑性變形。如圖3所示，當發(fā)生活塞桿出現(xiàn)塑性變形時，鎖緊螺母4與壓力體7之間的螺紋預緊力不足，交變載荷增大，當十字頭向曲軸側(cè)運動時，交變載荷全部通過止推環(huán)9作用在活塞桿10，所以在活塞桿應(yīng)力集中的凸臺處出現(xiàn)疲勞斷裂?；钊麠U斷裂后，十字頭繼續(xù)運動，沖擊活塞桿使之與缸頭相撞，造成活塞出現(xiàn)裂紋，缸頭螺栓變形拉長，液壓連接器損壞。

4 故障處理及結(jié)論

由于出現(xiàn)撞缸故障，該壓縮機需要大修處理，除按照檢修規(guī)程要求進行檢修外還應(yīng)重點做好以下幾點檢修工作。（1）新活塞桿使用專用工具150MPa壓力打壓3次保壓1個小時，檢查活塞桿彈性變形處是否出現(xiàn)塑性變形。（2）連桿大頭瓦安裝后，連桿緊固螺栓按照131.5MPa壓力緊固到位，要求其伸長量為0.53±0.04mm，所以在回裝大頭瓦前，需使用專用工具做打壓試驗，合格后方可回裝。（3）連接活塞桿與活塞時，首先旋轉(zhuǎn)活塞桿螺母保證兩活塞完全貼合，再使用電加熱棒加熱活塞桿使活塞桿螺紋伸長、旋轉(zhuǎn)螺母待冷卻后起到預緊作用。（4）按照廠家提供的壓縮機主要連接部位螺栓緊固力矩表，對活塞桿螺母、機身與接筒連接螺栓、連桿螺栓、曲軸聯(lián)軸器螺栓等重要緊固部位，使用力矩扳手按照標準緊固。（5）按照廠家提供的壓縮機各部位裝配間隙表，調(diào)整主軸承徑向間隙、連桿大頭瓦徑向間隙、連桿小頭襯套徑向間隙等配合間隙達到標準要求。通過有效的檢修方法進行故障處理，消除壓縮機故障，實現(xiàn)設(shè)備安穩(wěn)長運行，同時為同類設(shè)備避免撞缸故障發(fā)生提供經(jīng)驗。