压缩机尾杆及填料泄漏分析

1、Animated cross-section of compressor压缩机剖面动态图连杆通过大头瓦与曲轴相连刮油盘根活塞杆盘根曲轴箱连杆通过小头瓦与十字头相连活塞杆一次机 ( (一一) )一次机基本情况介绍一次机基本情况介绍（二）一次机五段尾杆（二）一次机五段尾杆（三）填料函简介及故障分析与处理（三）填料函简介及故障分析与处理（四）简述一次机开车（四）简述一次机开车PE 周鹏2014.05(一). C1201概述 增压/一次压缩机（PK1201）采用卧式对称平衡式往复压缩机（活塞）其型号为：8B6A-2.80, C1201增压/一次压缩机共六段，13段为增压机，46段为一次机，由一台电机驱

2、动，与主机配套提供冷却器、分离器、电机、润滑系统、冷却系统以及保护压缩机安全运行的控制联锁系统。 一次压缩机出口压力28.50MPaG，气缸出口法兰及管道设计需要依据UHDE高压标准。这种大流量、高压力往复活塞式压缩机的设计制造及安装，目前仅瑞士的Burckhardt Compression和意大利的GE Nuovo Pignone两家有经验和成功使用业绩。 增压/一次压缩机设计、制造、安装采用的标准为API618 5th，主电机功率为6300KW，2021-10-303C1201型号表示含义2021-10-3042021-10-305C1201结构图1.2 C1201参数说明2021-10-

3、306C1201参数说明2021-10-307(二) 一次机五段尾杆 1、什么是压缩机尾杆？ 2、为什么一次机五段要使用尾杆？ 3 、使用尾杆会带来什么不利因素？2.1、什么是压缩机尾杆？压缩机尾杆是指在双作用活塞压缩机压缩机尾杆是指在双作用活塞压缩机当中用来减小活塞力和增大反向角的当中用来减小活塞力和增大反向角的一个部件。一般用于活塞杆与活塞杆一个部件。一般用于活塞杆与活塞杆直径比较小的情况下。特别是在小缸直径比较小的情况下。特别是在小缸径在大压比的工况下。径在大压比的工况下。2、2 为什么一次机五段要使用尾杆？（大庆） 1、减小活塞力。 2、增大反向角。 反向角的定义 活塞及所有传动部件都

4、受拉力和压力，这个拉力和压力使十字头销压紧在连杆小头瓦的一侧，而另一侧则出现间隙，使润滑油在压力作用下进入该间隙，使润滑油冷却和润滑该侧的大半个十字头销和铜套，如果连杆水平方向上所受的合力只向一个方向，十字头销始终压紧在铜套的一侧，那么受压一侧始终没有间隙， 也就没有润滑和冷却。因此机组正常运转时， 十字头销在水平方向上的合力必须变化， 使两侧轮流得到润滑和冷却，这就是负荷反向的问题，而且这个反向必须保持一定的时间， 使润滑油能够充分地进入以发挥作用， 这个时间以曲柄转角表示就是“反向角”。压缩机中的作用力有三种：压缩机工作时压缩气体产生的气体力和曲柄连杆机构运动时产生的惯性力（往复惯性力和旋

5、转惯性力）和磨擦力（往复摩擦力和旋转摩擦力）。气体力、往复惯性力、往复磨擦力都是沿着气缸中心线方向作用，它们的代数和称为为综合活塞力单作用综合活塞力双作用气缸综合活塞力2.2 主要因素 ( 1 )压缩机气阀工作与负载状况也会导致反向角的变化 ,压缩机气阀工作状况的好坏与负载也是影响反向角的重要因素 , 因为它决定着活塞杆所受气体力的大小 。 假如气阀尤其进气阀出现较严重的泄漏 ,作用在活塞上的气体力将明显减小 ; 而排气阀故障则可能造成排气压力过高 ,引起较大的气体力 。这些情况会引起反向角不符合设计要求 , 很可能造成连杆小头衬套烧损 。所以 , 一般压缩机生产商对负荷曲线都有严格的规定 ,

6、操作时必须严格遵守 。 （2 )惯性力是个反向变化的力 , 它的增大使连杆负荷值和反向角都增大 。 往复运动重量的大小对反向有直接的影响 , 如果活塞重量轻 , 惯性力就小 ,其反向的惯性力就可能不足以克服气体力 , 从而不能保证要求的反向角 。 但是在设计中不能依靠增大往复运动质量来提高往复惯性力 , 从而有较大的反向角 ,因为往复惯性力增加会引起机组的振动和噪声增大 。 ( 3 )气缸缸径与活塞杆的匹配会对反向角产生影响 ,特别是在小缸径在大压比的工况下 ,活塞将会产生较大的气体力 ,引起无反向角或反向角过小 。 ( 4 )余隙的大小也会引起综合活塞力的分布 ,在压比一定的情况下 , 余隙

7、的大小决定了气体膨胀过程的长短 ,因此其也会对反向角造成一定的影响 。 ( 5 )单作用气缸很容易产生无反向角 , 缸头端作用比曲轴端作用更易造成无反向 。 对单作用气缸来说 ,增加负荷将降低反向角 ,在非工作端增加负荷提高反向角 。 当选择承压面积小的曲轴端作为工作端时工艺气压缩负荷小 ,而反向角增大但排量小 ; 选择缸头端作为工作端使工艺气压缩负荷变大 , 也可能造成无反向角 。 反向角改善的主要措施 ( 1 )对于高压比 、 小缸径的活塞 , 一般采用活塞尾杆结构 ,利用活塞尾杆使活塞两端面受压面积相等或接近来减小压力 , 还要严格按规范选择活塞的重量 ,定期检查气阀工作情况 ; ( 2

8、 )压缩机运行中应避免工况出现大的波动 ,破坏活塞杆的负荷反向 , 导致连杆小头衬套出现润滑不良故障 ; ( 3 )保证压缩机的油路清洁和油品品质达标 ; ( 4 )压缩机在工况调整时应先理论分析其受力情况 ,计算反向角是否符合规定 。 事故实例某压缩机五级排压 27.5MP左右首次按照压缩机组自动停机程序停机在停机过程中出现压缩机机身超振动停机检查，发现压缩机五级气缸十字头十字头鞋连杆连杆铜套十字头销等零件损坏。当机组逻辑停机时，由于机组排气高压放空阀发生冻堵现象，导致五级卸压不及时，而此时低压放空三级出口回一级入口已经打开，引起三级出口四级入口压力降低进而引起四级出口压力，五级入口压力降低

9、而五级出口压力由于放空管线冻堵并没有及时下降。造成五级缸活塞杆反向角过小导致连杆衬套及十字头销孔缺乏足够的润滑从而被损坏。当二级排出压力由 1.8MPA降至0.2MPA 五级出口压力由 27.5MPa降至16MPa 过程中， 五级连杆会经历一段反向角小于 30度的时间 甚至出现反向角为0 的情况，因而导致了连杆小头瓦及十字头销孔缺乏足够的润滑 ，铜套局部温度过高而被损坏的事故发生。处理措施 为了避免因五级卸压不及时再次引起铜套损坏质量事故，决定给五级出口放空阀配气阀组和所有级间排污系统电伴热 ，为提高五级排气后冷的工艺气温度将空冷器散热管在空冷器内用岩棉保温基本上解决上述质量问题。总结 对于高

10、压缩比的大型往复活塞式高压压缩机，连杆反向角是一个显得更为敏感的技术问题。 在机组设计过程中 ，应充分考虑故障停机即没有按照程序逐级卸载情况下反向角问题， 采取平衡措施解决故障停机时反向角问题， 因为机组运行过程中故障停机是不可避免，尤其是对工况复杂高危场所的机组连锁保护点多的机组质量事故停机，更是经常出现。所以解决这个问题在设计过程中应充分考虑现场因素进行认真的分析和计算以确保机组的安全平稳运行3 、使用尾杆会带来什么不利因素？增加一个尾杆就多增加了一个密封面，而且加一个尾杆后，使得轴设计的比较长，因此，第五段是沉降最厉害的地方，极易损害填料密封。（三）填料函简介及故障分析与处理 3.1 密

11、封结构 压缩机气缸活塞杆塞填料 是由多级密封元件组成 , 主要有密封填料 、 导向环 、 节流环 、 填料函和热装缸套等 。 热装缸套与填料函之间 、 填料函与填料函之间采用金属与金属的直接接触密封 , 其密封表面为平面 , 采用特殊研磨处理 ,由螺栓提供紧固力 。每组密封单元均为铜锌合金制成的平面填料环密封元件 , 结构见图 。低压侧为三瓣斜口填料环 ,气缸侧为三瓣直口填料环 ,而两环之间通过定位销确定相互位置 ,为有效密封 ,使各切口相互错开一定角度 。 填料环按一定要求装填在填料函的腔内 。填料环组的形式 a 单作用填料环型式 特点：由一个径向环和一个切向环组成； 单作用密封； 安装时径

12、向环必须置于高压侧。 应用：标准的主密封环型式。 b 双作用填料环型式 特点：由两个切向环组成； 双作用密封。 应用：低压和真空状况； 中间填料环 c 脉动密封环型式特点：具有轴向/径向分力，用于低压密封。应用：主填料盒法兰侧的漏气密封；刮油填料盒法兰侧的脉动密封。填料环的安装间隙 轴向间隙：保证填料环在环槽中能自由浮动；给环的受热膨胀预留一定的空间，防止胀死。 径向间隙：保证填料环在环槽中能自由浮动，防止由于活塞杆的下沉使填料环受压。 切口间隙：补偿填料环的磨损填料环的装配 装配弹簧只起到组装分瓣式填料环的作用，气体压力使填料环贴紧在活塞杆上从而建立起密封。 密封环之间用销/孔结构固定相对位

13、置，一个环的切口间隙由另一个环覆盖，封闭了泄漏路径。 填料环组在环槽中可以自由浮动，用来补偿活塞杆的径向摆动。3.2 密封原理 气缸密封采用多组密封单元组成了一个串联节流系统 ,使泄漏乙烯经节流环减压后 ,再经 7组填料环密封减压 ,每通过一道密封环就产生一次节流 ,总压头逐渐下降的同时泄漏量也随之减少 , 以达到阻止泄漏的目的 。 在每个密封单元中两填料环都是由弹簧提供径向压力对柱塞表面产生预紧 , 阻止泄漏乙烯沿柱塞表面泄漏 。 填料函之间及填料函与缸套间的密封是由特殊研磨处理的平面为密封面 , 由螺栓提供紧固力作为填料函密封面的密封压力 , 阻止乙烯从该结合面泄漏 。 在填料函外部有冷却

14、水带走热量 ,避免填料和柱塞温度升高 。3.3 故障分析与处理 一次机“非计划停车原因”研究结果 ( 1) 活塞杆密封填料函的密封面 通过对密封结构和原理及实际运行记录的分析 , 发现 ,在填料函密封面出现的主要问题是密封面表面颜色变深发蓝 , 过度磨损和裂纹产生导致填料函之间的密封面破坏而引起密封泄漏 , 其原因是疲劳损坏 、 密封面的微动磨损以及气体渗透 ,导致填料函密封失效的重点危险区域见图 疲劳损坏是因为压缩机气缸柱塞填料函在工作状态下 ,每完成吸气和排气的一个工作循环 ,气体压力频繁波动 , 使密封面直接承受一个非常大的脉动压力 。 这样在每个循环过程中填料函密封面会受到非常大的交变

15、应力作用 , 使密封函和气缸产生很大的疲劳应力 , 尤其是密封面上的承压与非承压区域之间不连续的部分会承受过高的压力 ,在轴向上的载荷太大 ,这样图 中接触不连续的 A 点附近的接触应力峰值就会很高 ,该处会变成应力源 ,容易发生疲劳破坏现象 ,由此开始产生疲劳裂纹 。 解决方案：尽可能的减少可能出现压力集中的地方。 譬如:) 将斜切口的 3 瓣环改为 6 瓣环如图 所示 ,即由 3 个鞍形瓣和 3 个月形瓣组成 , 以消除直角过渡所产生的应力集中 , 并不易折断 , 此外 , 适当提高两环互相贴合处的定位可靠性 , 防止定位销过早磨损或脱落使两环对口而造成密封失效 （2） 填料盘研磨质量 由

16、于填料盘的研磨不达要求，使得填料盘实际最大压应力超过许用应力 , 造成了填料盘强度损坏 。 原因是按规范使用过填料盘应通过研磨抛光 , 光学检测仪检验密封镜面平面度误差小于 0 . 8 m , 方可安装使用 。 但是可能没有光学检测仪器 , 研磨 机维护使用不当 , 研磨精度 没有达到要求 , 造成了填料盘强度损坏 。 填料盘裂纹与金属咬合 , 使填料密封腔轴向间隙减少或消失 , 填料润滑与补偿性差 , 加剧了填料的磨损 。 实例：检维修时填料函装配的时候应该严格按照规定来执行。大庆最近一次检修时，更换一次机第五段的填料函，出现填料函漏气至冷却水当中。这可能是因为研磨填料杯槽的时候，研磨的不够

17、平整，导致填料函之间的密封面有泄漏 规范研磨机的操作程序 , 填料盘研磨前后都用刀口尺检查研磨盘的平面度 , 平面度误差 5 m ,否则及时利用对研工装进行修复 ; 使用石英光学平面检测仪 , 对修理研磨的填料盘镜面的平面度进行检测 , 确保干涉条纹少于 2 个光带 , 即平面度误差 0 . 8 m , 以确保填料盘的研磨质量 解决方案解决方案 （3 ） 润滑导致 由注油器向填料函输送的高黏度内部润滑油 ,充满填料函内部各元件和柱塞之间的间隙 , 在柱塞和填料表面形成油膜 , 保证柱塞和填料的良好润滑 ,超量油向十字头 、 缸头方向流动 。通过解体发现 , 填料函中部的 4# 6#盘密封镜面损

18、坏频率较高 , 损伤部位是沿密封端面的油槽处向外扩展 , 密封腔内存在大量的积碳 , 填料环发黑 、结垢 、 磨损严重 。 填料函两端的 0# 3#和 8#盘密封腔均较干净 , 填料环磨损较少 。其原因是润滑油自 3#、 5#、 7#盘油槽 脉动注入 , 填料函中部的 4#6#盘内部油不能象高压侧和低压侧内部油 一样可随柱塞的往复运动被及时带入气缸或 1#、 0#填料盘回流孔回流 。一方面当注油量大于排油量时 ,密封室内部憋压 , 当内压足以抵消填料盘密封面闭合预紧力时 , 造成填料盘端面上油溢流 , 形成冲蚀痕迹 ,不断加深并向外扩展 , 最终内部油伴随高压气体沿填料盘端面径向泄漏至外部冷却

19、油处 。 另一方面润滑油在填料函内流通不畅 , 使柱塞与填料之间的摩擦热不能有效散出 , 润滑油温升高 、 碳化 , 润滑效果变差 , 加剧了填料环的磨损 , 并导致气体轴向泄漏 。 解决措施： 为避免柱塞中部填料润滑油在内部的积聚升温和超压 , 可以适当减少内部油的注油量，中间五号注油点应该减少的的更多一些。 （4）填料环损坏失效 由于润滑油质量不好 、 油量不足 、 填料环的应力腐蚀及低聚物的积聚所引起 。尤其是在填料函内积聚大量低聚物 , 在停车过程中若压力下降过快 ,造成填料函中的高压乙烯急剧泄漏发生节流膨胀 ,在填料函中产生制冷效果 ,冷冻后的低聚物非常坚硬 , 积聚在填料函中的低聚物占据填料函间隙空间 ,使填料函内部润滑油存量显著减少 ,润滑效果明显下降 。低聚物还堵塞填料环与密封函的气流通道 ,使