往复压缩机十字头故障的原因分析及处理

车事故，经拆检发现十字头损坏、十字头销已掉出销孔、十字头 销固定螺栓断裂、连杆断裂。初步分析认为，是固定十字头销的 螺母先松动，螺栓断裂，造成十字头销退出销孔，卡在十字头轨 道上瞬间将连杆拉断，并造成跳车。原因可能是装配质量（十字 头销螺母上紧扭矩不够或十字头销锥面与十字头销孔接触面积 不够）所致。据此采取了以下措施：一是确认十字头销锥面与十 字头孔接触面积在 90％以上，螺母的上紧扭矩达到要求的 2 000 NM；二是每半个月定期切换停机检查螺母的松动情况；三是举 一反三，对 B 台压缩机也进行同样的检查。结果发现，即使保证 了十字头销的接触面积和固定螺母的扭矩，两台机组在运行一 段时间后仍均出现了防松垫被剪断、螺母松动的情况。
一、压缩机概况 变 压 吸 附 制 氢 装 置 的 原 料 气 压 缩 机 为 往 复 式 ，型 号 为 DW-56/2.2-9，采用对称平衡式结构，二级压缩。它担负着对甲 烷氢原料进行增压的任务，是制氢装置的心脏，位号是 C0101A/ B，一开一备。 主要参数和规格如下：标准进气量为 9 619 Nm3/min，吸气压 力为 0.22 MPa，吸气温度为 25℃，最终排气压力为 0.9 MPa，主轴 转速为 373 r/min，压缩级数为 2，气缸直径 650/480 mm，压缩机轴 功率 496 kW，电机额定功率为 560 kW，名义活塞力为 120 kN，实 际活塞力为 104 kN，活塞行程为 280 mm，运动机构润滑方式为压 力油润滑，气缸填料润滑方式为无油润滑。 压缩机十字头由十字头体、上下滑履及十字头销等零件组 成，改造前的十字头结构如图 1 所示。
因为十字头销是十字头组件的重要零件，其受力非常复杂， 所以对其形式以及固定方式的选用也比较严格。十字头销有圆 锥形如图 2 所示、圆柱形如图 3 所示，以及一端为圆柱形而另一 端为圆锥形（如图 4 所示）等 3 种形式。
图 2 圆锥形十字头销
Fra Baidu bibliotek
键 十字头销
螺栓 压盖 圆柱销
螺栓
图 1 改造前的十字头结构
十字头体由碳钢铸成，滑履由球墨铸铁表面浇注巴氏合金 而成，并用螺栓与十字头固定，连接成一体。滑履与十字头之间 装有垫片，检修时可以调整。十字头销采用圆柱加锥形单螺栓 结构，材质为 38CrMoAIA。
二、故障描述和原因分析 该压缩机投用以后，频繁发生故障，主要是十字头销螺母经 常松动，造成了很大的安全隐患，并发生一次跳车事故，严重影 响了装置的稳定运行。 C0101A 台压缩机运行一个半月后（2004.7.15），突然发生跳
因此，在注水泥施工设计时要针对以上难题充分考虑小间 隙、偏心环空、高温度差等影响因素，设计合理的固井流体浆柱 结构、注水泥顶替排量及顶替泵压等，实现平衡压力固井；并对 整个注水泥过程实施动态模拟计算，以达到安全、合理、高效的 固井目的。
国外 Halliburton、Schlumberger 等技术服务公司都有自己独 特的固井设计软件系统，其中使用比较广泛，有代表性的有美国
LANDMARK、道威尔-SCHLUMBERCE、以色列帕拉代姆等公司 都研制开发了注水泥动态模拟与设计系统。
一、注水泥模拟 注水泥过程中，要保证获得良好的顶替质量，必须准确控制 随固井注替施工时间而变化的参数及井下地层的稳定情况，如 井内流体的实际流量、液柱动压力、环空动压力、地面压力等；而 这些情况可通过注水泥过程中如下某些参数的变化反映出来.如 液体流变性、流态、流速、接触时问、流动压力以及“U 型管效应” 的变化等。通过合理的计算模型，利用计算机全面地模拟出整 个注水泥期间的各种参数变化，进而提出控制施工过程的有效 措施，从而实现高效顶替、整体压力平衡的固井目的，达到优质 封固。 其主要功能包括：计算注替过程中套管内可能出现的最大 真空段长度；计算注替过程中环空动态压力、泵压和流量的变化
中国石化中原石油化工有限责任公司 王天军
往复式压缩机的十字头是连接做摇摆运动的连杆和做往复 运功的活塞杆的部件，直接把曲轴的旋转运动转化为活塞的直 线往复运动，并在滑道上起导向作用。它所受到的综合活塞力 和往复惯性力比较复杂，连接十字头与连杆的十字头销是主要 的受力零件。经验表明，十字头销是压缩机中容易损坏的零件 之一。本文，笔者对变压吸附制氢装置中的原料气压缩机，在运 行初期频繁发生的十字头销退出销孔故障，进行了原因分析，提 出了解决方案，并彻底解决了这一问题。
油孔倒圆
ϕ10
0.4
10
ϕ30 ϕ70dc
170 图 3 圆柱形十字头销
图 4 一端为圆柱形
河南科技 2012.10 上 73
工业技术
INDUSTRY TECHNOLOGY
长江大学 石油工程学院 刘 高 黄志强 于建涛 廖江东 沈家训
固井作业是整个石油钻井过程的一个重要环节，它的质量 直接关系到整个钻井工作的成败。根据国内深井超深井固井经 验，各层套管水泥均要求返至地面，导致固井封固段长。由深井 超深井复杂地质条件及几何条件，在深井超深井固井中，通常面 临下述复杂问题：长封固段固井技术难题；小井眼、小间隙固井难 题；窄安全压力窗口、固井漏失及防气窜问题；深井超深井水平井 导致的套管偏心固井难题；不规则井眼条件下固井质量问题。
另一端为圆锥形的十字头销。 浮动圆柱销制造简单，磨损均匀，但工作时冲击较大，一般 用于中小型压缩机。固定圆锥销，中段为圆柱体，与铜套配合， 承担全部活塞力，两端与十字头孔配合处为圆锥形，锥度为 1/ 10-1/20，用螺栓或压板固定，结构比较复杂，主要用于活塞力大于 5.5×104 N 的大型压缩机上。本文，笔者所述压缩机十字头销所采 用的形式即为固定圆锥销，小头用单螺母加防松垫进行固定。 由于锥形十字头销，运行中锥体部分存在较大轴向力，而圆 柱部分主要受到横向剪切力，这两部分的力随着机组的往复运 行都是交变，且带有冲击的，所以对销子轴向固定的可靠性要求 很高，该压缩机原采用的单螺母固定，轴向力直接作用到螺母 上，在十字头的往复运动剧烈冲击下，很容易松动，即使采用了 防松垫，但其防松的强度不足以达到完全防松的目的。为此，经