进口往复式压缩机气缸磨损原因分析与改进

检查发现 , K - 53101B 所有的活塞环均已断裂 , 如图 3所示 。
图 2 活塞环槽磨损情况
2 损坏原因分析
2. 1 气缸组件损坏情况 1、气缸衬套的磨损 K - 53101B 的检查结果如下 :一段气阀较脏 ,四
道活塞环均断裂 ,但活塞环表面未见明显磨损 ,而活 塞上四道活塞环槽均被磨宽 、气缸衬套磨损严重 。 从 K - 53101B 一段缸内径实测尺寸看 ,在活塞工作 段的气缸衬套内壁最大磨损接近 5 mm ,成腰鼓状 。 后来检查 K - 53101A 的缸套也有不同程度的磨损 , 如图 1所示 。
是如果密封比压过大 ,会使活塞环或缸套磨损严重 ,
影响压缩机的正常运行 。原设计型号的活塞环 ,其
初弹比压为
PK
=
AE
7. 07D D
-
1
3
= 7.
0. 07
8 ×150 000 ×44 44 - 1
3
t
1. 9
= 0. 035 M Pa
(1)
式中 , A 为自由开口尺寸 , 0. 8 cm; D 为气缸内径 , 44
HB 硬度 145 85
113 (现场实测 )
3、活塞环和支撑环的比压 活塞环与支撑环结构分别如图 4和图 ( 1 )一段缸活塞环的比压核算
从图 4和图 5的结构可知 ,填充四氟乙烯活塞
环是一个具有弹力的开口环 ,在自由状态下 ,有一开
口间隙 ,当装入气缸内 ,被迫合拢呈圆环 ,在切口部
匀 ,无夹渣 、气孔等缺陷 ,铸造后进行退火处理 ,预加
环的硬度来保证压缩机的长周期运行 。
3. 1 缸套组件
1、缸套的制作
曾向国外公司提出购买新的缸套 ,但进口价格
高 、周期长 ,也不提供其与缸体配合的具体要求 。为
此 ,决定采用国产的铬钼铜合金铸铁制作缸套 ,材料
的主要成分如下 :
w (C r) 0. 2% ～0. 3%
w (Mo)
0. 5% ～0. 7%
6 结论
蒸汽过热炉用 ZG45Cr28N i48W 5Si2 做炉管材 料 ,其化学成分 ,常温 、高温机械性能及宏观组织和
微观显微组织 ,完全能满足蒸汽过热炉炉管的相关 要求 ,使用寿命超过设计要求 ,达十年以上 。同时考 虑其经济性和制造技术 ,选择离心铸造炉管 ,内外表 面经机械加工的工艺是正确 、合理的 。
参考文献 :
[ 1 ] 史美堂. 金属材料及热处理 [M ]. 上海 :上海科学技术出版社 , 1980: 84～85.
[ 2 ] 李之光 ,刘曼青 ,高广安. 锅炉材料强度及焊接 [M ]. 北京 : 劳 动人事出版社 , 1983: 43.
[ 3 ] HG / T 2601 - 2000. 高温承压用离心铸造合金炉管 [ S ].
作者简介 :任翠萍 (1970 - ) ,女 ,河南济源人 ,讲师 ,长期从事 化工设备和材料教学实习及研究工作 。
(收稿日期 2008 - 01 - 31)
2008年第
3期 陈南雄
1 进口往复式压缩机气缸磨损原因分析与改进
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2005 年元月装置投料开车 。往复式压缩机 K - 53101B 经过三个月左右运行 ,开始出现一些异常 情况 ,一段缸及相连管道震动较大 ,气阀故障率较 高 ,因此 K - 53101B 大部分时间均作为备机 ,累计 运行时间仅有半年左右 。在 2006年 10月装置大修 期间 ,对压缩机实施了消震措施 ,一段缸及相连管道 的震动得到了解决 。同时安排了 K - 53101B 的检 修 ,检查气缸并测量了气缸与活塞各部间隙 ,未发现 异常 。2007年 4 月 26 日 ,运行中的 K - 53101B 因 排气量偏小 、一段排气压力较低 ,及时对它进行了全 面检查 ,发现一段气阀较脏 ,一段缸活塞环破碎 ,活 塞环槽及气缸严重磨损 。根据 K - 53101B 的检修 情况 ,我们于 5 月 28 日对 K - 53101A 也安排了检 修 ,发现一段缸也存在与 B 台类似的故障 。
2、缸套和活塞的材质 一段缸活塞环虽已断裂 ,但表面未见明显磨损 的痕迹 ,而活塞上四道活塞环槽均被磨宽 、缸套磨损 严重 ;但二 、三段活塞及其缸套没有明显磨损 。一段 缸活塞及缸套的材质分别为普通锻铝和灰口铸铁 ,
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S
P
硫磷设计与粉体工程
& BMH RELATED ENGINEER
IN
关键词 :往复式压缩机 ;震动 ;气缸磨损 ;失效分析 ;改进措施 中图分类号 : TH457 文献标识码 : B 文章编号 : 1009 - 1904 (2008) 03 - 0028 - 06
1 概况
某厂 1 M t/ a加氢裂化装置往复式压缩机 ,是国
外公司设计制造的三缸往复式压缩机 。 2005 年元
w (Cu)
0. 8% ～1. 0%
w ( Si)
1. 5% ～2. 0%
w (C)
2. 7% ～3. 2%
w (M n)
0. 4% ～0. 7%
合金铸铁缸套如果采用传统的铸造方法无法解
决内部组织疏松的问题 。为了确保质量 ,采用了大
型的卧式离心浇铸 ,先将缸套制作成毛胚 ,再根据现
场的尺寸 ,做预加工和精加工 。要求铸件质密 、均
月由国外公司制造厂技术人员现场指导安装 、单机
试车和装置的联动试车 。其主要性能参数如下 :
型号规格 4E3 +BL
轴功率
2 608 kW
介质
氢气
一段吸排气压力
2. 0 /3. 9 M Pa
二段吸排气压力
3. 83 /7. 30 M Pa
三段吸排气压力 一段吸排气温度 二段吸排气温度 三段吸排气温度 流量 (标准状况 ) 一段缸缸径 二段缸缸径 三段缸缸径 活塞杆直径 行程 往复次数
支撑环 ,主要起到支承活塞和活塞杆的重力 ,起到确
定活塞中心的作用 ,支撑环的外径与气缸间采用动
配合 。其比压为
PK′=
Gg Hb
=
215. 88.
5 6
×9. 81 ×381
= 0.
063 M Pa
(2)
式中 , G为活塞质量与活塞杆一半质量的和 , 98 +
235 /2 kg; b为承压表面的投影宽度 , 381 mm ,如图 6
cm; t为环的径向厚度 , 1. 9 cm; E为环材料的弹性模
数 , 1. 5 ×105 M Pa; PK 为环对缸壁的初弹比压 ,M Pa, PL ICF环的经验值为 0. 03 ～0. 05 M Pa。从计算可
知 ,活塞环的初弹比压在正常的范围内 。
( 2 )一段缸活塞支承环比压核算
对于 PL ICF活塞环 ,考虑到其强度 ,必须增设
4、其他原因 除以上原因外 ,从检修的情况来看 ,一段气阀较 脏 ,可能存在介质脏 ,夹带小颗粒等 ;检查气缸夹套 结垢 ,冷却效果较差 ;也可能是注油量小 ,局部干摩 擦造成缸套的非正常磨损 。但检查其余各段未发现 明显的缺陷 。 从以上的计算 、原因分析以及活塞环 、缸套的损 坏形态来看 ,出现损坏的原因可归纳为缸套选用材 质的强度 、硬度过低 ,而活塞环和支撑环的硬度偏 高 ,两者的硬度过于接近 ; 在压缩机运行的初期 , K - 53101B 的一段缸出现了激烈的震动 ,水平和垂直 位置的振动位移在 0. 5 mm 左右 ,并且振动的加速 度很大 。从放大的角度来看 ,这时活塞环是在傾斜 的状态或是在扭曲的状态下运行 ,尽管在计算时活 塞环的初始比压在正常的范围之内 ,但在这种情况 下 ,运行状态下的比压已远远超出标准状态下的环 境 。因活塞环硬度相对较高 ,出现活塞环断裂 、缸套 磨损 、活塞变形的结果是很难避免的 。缸套的磨损 还由于支撑环的比压相对较高 ,以及增设的防转销 使其不能浮动等原因 。
运行后进出口管道和压缩机缸体出现了严重震动 。 通过对机组的跟踪测量和检查 ,新氢压缩机一段缸 体和一段进出口管道的震动是相当强烈的 ,实测最 大的振动数据 :一段缸体最大振动加速度为 4. 3 m / s2 ,振动速度 16. 0 mm / s,振动位移 0. 43 mm;一段进 口管道上的最大振动加速度为 12. 6m / s2 ,振动速度 19. 5 mm / s,振动位移大于 3. 20 mm;一段进口管道 支架上的最大振动加速度为 12. 7 m / s2 ,振动速度 28. 5 mm / s,振动位移大于 4. 80 mm ,其振动值严重 超标 。剧烈的震动将造成缸体的水平度和垂直度都 会出现严重的偏差 ,最终也导致缸体的磨损 。这些 问题在 2006 年 10 月份大修时增设了消震节能装 置 ,得到了有效控制 。
所示 ; H为轴向宽度 , 44. 3 ×2 = 88. 6 mm。
图 5 一段缸活塞支撑环结构
图 6 承压表面的投影宽度
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3期 陈南雄
1 进口往复式压缩机气缸磨损原因分析与改进
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参照活塞支承环表面的许用比压经验值为 0. 03 ～0. 05 M Pa,该压缩机组一段活塞的支承环的承压 表面比压已超出许用值范围 ,如果考虑到支承环开 有 8 mm 的平衡槽 17个 ,实际工作的比压还要大 。
3 缸套与活塞的改进措施
从以上的分析来看 ,在解决了压缩机管系的震
动后 ,造成缸套和活塞故障的原因主要是材质选用
不当 ,无法满足在现有支撑环和活塞环的比压下的
运行要求 。在现有的条件下 ,气缸 、活塞大小 ,一段
的活塞环数量无法改变的情况下 ,只有通过提高活
塞和缸套材质的强度 、硬度 ,适当降低支撑环 、活塞
7. 27 /13. 90 M Pa 40 /116 ℃ 40 /117 ℃ 40 /114 ℃ 32 000 m3 / h 440. 05 mm 332. 05 mm 253. 05 mm 135 mm 380 mm 300 m in - 1
共晶所组成 。
5 实践检验结果
据了解 ,蒸汽过热炉我国已设计应用了多台 ,包 括上海 、阜新 、济南 、泰州梅兰等多个装置 。其中 5 套装置的蒸汽过热炉都已运行了十年以上 ,已到了 设计寿命 ,但炉管工作情况良好 ,从未出现由于炉管 问题引起的停车事故 。反馈的信息表明 ,蒸汽过热 炉炉管采用 ZG45Cr28N i48W 5Si2 材料 , 运行可靠 , 得到了建设方的赞许和好评 。
G
2008
年第
3期
而二 、三段活塞及缸套的材质分别为铸铁和合金铸 铁 ,它们的机械性能如表 1 所示 。因此一段缸磨损 的主要原因是选用材质不当 ,材料强度 、硬度选择偏 低 ,而活塞环的硬度值相对偏高 。
表 1 气缸组件的材质及性能
组件名称 一段缸套 一段活塞 活塞环和支撑环
材质 灰口铸铁 普通锻铝 填充四氟乙烯 PL ICF
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硫磷设计与粉体工程
& BMH RELATED ENGINEER
IN
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2008
年第
3期
进口往复式压缩机气缸磨损原因分析与改进
陈南雄
(中国石化集团扬子石化有限公司 ,江苏 南京 210048)
摘 要 :某厂一台进口往复式新氢压缩机 ,累计运行时间半年 ,运行能力就达不到设计要求 ,振动超 标 ,检查发现了一段缸缸套磨损严重 ,活塞环槽出现不同程度磨损和活塞环断裂等问题 。从机组和管系 震动 、气缸组件材质选用等方面入手开展失效分析 ,提出改进措施 。通过降低机组和管系震动 ,对活塞 和缸套进行技术改造 ,经过半年的运行取得了成功 ,压缩机运转平稳 ,运行能力达到了设计的要求 。
图 1 K - 53101B气缸衬套内壁磨损情况
2、活塞环槽的磨损 两台压缩机的一段气缸活塞环槽 (槽宽设计为 16 mm )均有不同程度的磨损 ,经测量 ,槽口宽度最 大变形量达到 6 mm 左右 ,如图 2所示 。 3、活塞环断裂
图 3 K - 53101B的活塞环断裂情况
2. 2 故障原因分析 1、机组震动 加氢裂化装置 K - 53101B 新氢压缩机 ,自投产
位有热膨胀间隙 。活塞环具有弹力 ,自由状态下就
紧贴气缸内壁 ,所受到的约束力称为初弹比压 。活
塞环实现密封的前提是需要有初弹比压 ,才能建立
起压力差 ,而活塞环的初弹比压与环的自由开口间
隙有很大关系 。压缩机正常运行时 ,密封比压随气
缸内 、外压力差的增大而增大 ,因此活塞环具有自紧
密封的作用 。仅从密封来看 ,密封比压越大越好 ,但