压缩机气阀阀片断裂原因分析及改进_潘强

研究与探索

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·监测与诊断·

压缩机气阀阀片断裂原因分析及改进

潘 强 马晓伟 胡建忠 刘 福

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依市 834000）

摘　要：针对克拉玛依石化公司某加氢改质装置新氢压缩机运行过程中发生的多起气阀阀片断裂问题进行了原因分析，通过对阀片断裂过程、表征现象及机组的运行参数、工艺参数等进行分析，发现造成阀片关闭时撞击过速进而在阀片最薄弱的边缘位置发生断裂。在此基础上进行阀片结构设计改进，有效地解决了气阀阀片频繁断裂问题。最后总结出了气阀阀片断裂时的5个表征现象，为今后同类装置处理类似问题提供借鉴和参照。

关键词：新氢压缩机；排气阀；阀片断裂；设计改进

中图分类号：TH45文献标识码：B 文章编号：1671-0711（2016）06-0080-03

克拉玛依石化公司某加氢改质装置设置2台新氢压缩机组K-3101/AB，是装置生产运行的核心设备，运行条件一开一备,采用三列三级压缩，其作用是保证系统氢气压力，参与加氢反应。该机组于2012年4月投入运行，K-3101/A机采用HydroCOM无级气量调节作为装置运行的主机组，K-3101/B机作为备用机运行。2013年8～9月份，由于K-3101/A机一级缸严重异响，进行多方原因排查未果后，K-3101/B机成为主力机运行。K-3101/B机运行后，

复合和转化，例如点蚀和腐蚀都可引发剥落失效，磨损可引发游隙变化失效等，因此必须进行全面地观察分析，才能找出诱发失效的直接原因。

二、抽油机减速器滚动轴承失效的分析方法

从外观上可以判定滚动轴承失效形式，但要确定诱发滚动轴承失效的确凿原因就非常困难了，例如轴承内圈断裂失效的原因可能有配合太紧、装配面形状误差太大、轴承座变形、微动磨损、过载、外伤、有内在裂纹和缺陷、装配时遭锤击、材质问题等，因此探讨滚动轴承失效的分析方法是十分必要的。

1.了解抽油机和滚动轴承的工作条件

（1）安装部位和安装情况。滚动轴承失效很多是其它零件影响的结果，因此需要分析相关零件的变化，如传动轴的弯曲变形、齿轮损伤、箱体缺陷等。此外不正确安装如强力安装、游隙太小等都可以引发滚动轴承失效。

（2）载荷情况。了解油井运行中是否出现过载，载荷大小、方向是否出现变化，按照滚动轴承寿命与载荷P关系式进行分析：L=（C/P）ε。

（3）润滑情况。分析滚动轴承的润滑方法、润滑剂和密封。CYJY10—3—37HB型抽油机减速器使用寒区抽油机齿轮油，换油周期一般为6个月。换油不当，密封不严，都会产生磨损失效和点蚀失效。

（4）周围介质情况。滚动轴承对周围的介质，如潮湿的空气、酸碱物质、粉尘和其他有害气体非常敏感，容易引起磨损和腐蚀。

2.外观观察与测量

拆除失效的滚动轴承要注意避免附加的损伤，用肉眼或放大镜仔细观察失效的形貌、部位、颜色，对照以上的特征，可初步判定失效的形式，再测量几何尺寸，推断滚动轴承的安装配合情况和实际的工作温度、金属组织的稳定性。

3.综合分析和结论

通过以上步骤掌握了抽油机减速器滚动轴承失效的全面资料，经过综合分析和推断，可以最终确定失效形式，找出诱发滚动轴承失效的主要原因和影响因素，从而使失效分析有了比较正确的结论，提出防止滚动轴承失效的具体措施，以保证抽油机减速器的正常运转。

三、结语

由于工况恶劣，通过对油田用抽油机减速器滚动轴承失效形式的综合分析，掌握科学的分析方法，得出正确的结论，对提高抽油机减速器的管理水平、修理水平，避免减速器的损坏很有意义。

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中国设备工程 2016.06

中国设备

工程

Engineer ing hina C P l ant

近一年内陆续发生5次排气阀阀片断裂，同时K-3101/A 机也发生了2次排气阀阀片断裂问题。

为此，对阀片断裂过程、断裂表征现象及当时压缩机的运行参数、工艺参数等进行了详细分析，通过对比机组工艺运行参数和气阀原始设计参数发现气阀原始设计工况和实际运行工况介质组分H 2含量发生了变化，由于H 2分子量小，H 2含量的少许变化将造成介质气体摩尔分子量的成倍变化，使气阀运行时阀片的运动参数偏离原始设计，气阀延迟关闭，造成阀片关闭时撞击过速进而导致阀片最薄弱的边缘位置断裂，在此基础上对阀片结构进行设计改进，最后总结出了气阀阀片断裂时的5个表征现象，有效地指导各级管理、操作人员在第一时间内判断出阀片断裂问题，及时处理，为今后同类装置处理类似问题提供借鉴和参照。

一、故障概况

2014年8月23日K-3101/B 机组运行时DCS 画面趋势显示一级缸排气压力由3.85MPa 上升到4.05MPa、排气温度由85℃上升到95℃，二级排气温度略有下降，其余各级排气温度、压力正常，如图1和2所示。现场实测二级盖侧排气阀阀盖温度100℃，轴侧排气阀阀盖温度90℃，二者温差达到10℃，机组紧急停机，拆检盖侧排气阀，发现阀片边缘对称位置有2处断裂。

同时查看2013年至2014年检修记录发现，自2013年11月K-3101/B 机作为主力机运行后陆续发生过5次排气阀阀片断裂故障，断裂时间分别为2013年11月18日、2013年12月26日、2014年1月21日、2014年8月11日、2014年8月23日，气阀平均使用寿命严重不足。根据现场拆检情况来看，这5次阀片断裂的位置，均发生于二级缸盖侧排气阀边缘对称位置，如图3所示。

2014年12月22日，K-3101/A 机组运行时DCS 显示三级缸排气温度突然由90℃跳升至98℃，HydroCOM 无级气量调节三级手操器负荷器从81％自动增加至95％，现场实测盖侧排气阀阀盖温度95℃，轴侧排气阀阀盖温

度85℃，二者温差达到10℃，紧急停机后拆检发现盖侧排气阀阀片圆周边缘断裂一块，如图4所示。对气阀进行了更换，23日开机后发现三级缸排气温度为97℃，仍然偏高，此时一级缸排气温度81℃，二级缸排气温度为88℃，并且现场实测K-3101/A 三级缸盖侧排气阀阀盖温度90℃，轴侧排气阀阀盖温度80℃，说明此阀仍然存在泄漏，31日停机后拆检发现盖侧排气阀阀片圆周边缘断裂2处，如图5所示。

综上所述，K-3101/AB 机组运行一年时间内，排气阀阀片先后发生了7次断裂，断裂位置均位于阀片边缘，说明阀片断裂问题绝非偶然现象，需要深入分析原因。

二、原因分析

1.阀片断裂表征现象原因分析

针对K-3101/B 机，由于二级盖侧排气阀阀片断裂后被压缩后的高温气体不能被完全排出，通过气阀内漏回流的方式又返回到气缸内，造成盖侧排气阀阀盖温度偏高。由于二级气阀泄漏后排气效率降低，造成一级出口压力憋压偏高，一级压缩比增大，一级缸排气温度上升。一级出口压力增大导致二级入口压力随之增大，二级压

缩比减小，所以二级排气温度会略有下降。

针对K-3101/A 机,用上述同样的方法可以分析出三级盖侧排气阀阀片断裂后排气温度和盖侧排气阀阀盖温度偏高原因。不同之处在于K-3101/A机组采用HydroCOM 无级气量调节，各级出口压力要维持设定值不变时只能通过三级负荷手操器自动加载负荷来实现。

以上很好地解释了K-3101/AB 机气阀阀片断裂时出现的各种表征现象的原因，为压缩机气阀阀片断裂判断积累了宝贵经验。

2.阀片断裂原因分析

该机组每个气缸均设置上、下两个注油点，各点注油量如下（滴/min）：一级上20、下12；二级上11、下15；三级上4、下17～18。拆检的故障气阀内外表面

油膜分布正常，根据注油量和气阀拆检情况来看，二级气缸注油量是正常的。查看压缩机温度、压力等运行参数稳定，因此排除压缩机操作因素造成气阀阀片断裂。

从阀片断裂总是固定发生于二级盖侧排气阀来看，问题可能由于系统因素，而不是某些偶然因素造成，因

图4 K-3101/A 机12月

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日排气阀阀片断裂部位图5 K-3101/A

机12

月31日

排气阀阀片断裂部位

图1 各级进排气温度趋势图 图2 各级进排气压力趋势图

图3 K-3101/B 机排气阀阀片断裂部位