LW-14/1-26型往复式压缩机
故障分析及处理措施
房宸
（河南能源河南龙宇煤化工有限公司，河南永城，476600）
摘要：本文详细阐述了LW-14/1-26型往复式压缩机的工作原理、技术参数以及其在煤制乙二醇20万t/a装置中的应用。通过对相关故障问题的理论研究，结合实际生产案例处置方式看运行效果，对往复式压缩机运行过程中出现的一些问题和解决方案具有一定的指导意义。
关键词：往复式压缩机；理论研究；故障分析
中图分类号：TQ
Working principle，Malfunction analysis and Treatment measures of LW-14/1-26 Reciprocating Compressor
Fang Chen
（Henan Longyu Coal Chemical Co.，Ltd.，Yongcheng 476600，China）
Abstract: This article elaborates the working principles and technical parameters of the LW-14/1-26 reciprocating compressor，and its applications in the 200 thousand t/a device of coal-to-ethylene glycol。 Through the theoretical research on related malfunction issues, combining with actual process of the production cases, the operating response，which has certain guidance for some problems and solutions that occur during the operation of the reciprocating compressor.
Key words: reciprocating compressor；theoretical research；malfunction analysis
引言
往复式压缩机在机械行业以及石油化工行业中都有着广泛应用，由于往复式压缩机的工作特点，因此在很多高压以及超高压工艺需求的行业中能够经常见到。往复式压缩机在工业生产中有着举足轻重的作用，如何保障往复式压缩机的长周期稳定运行是一项关键工作内容。往复式压缩机，也被称为活塞式压缩机。它是一种吸收空气、压缩和排气的压缩机[1]。机械设备在运行过程中不可避免的会出现一些机械故障，如何降低故障发生概率和快速的解决故障问题在一定程度上体现出了设备管理水平和技术水平。
乙二醇又名“甘醇”，作为有机化工领域重要的基础原料，乙二醇常被广泛应用于聚酯纤维、聚酯塑料、防冻剂、润滑剂、油漆、胶粘剂、表面活性剂，炸药等工业领域[2]。本文就我厂年产20万吨煤制乙二醇装置所选用的LW-14/1-26型往复式压缩机在运行过程中所出现过的一些典型的具体问题进行阐述，并列出了解决措施，这对往复式压缩机在运行过程中的一些共性问题上也有一定的指导意义。
1往复式压缩机的型号、主要结构及工作原理
LW-14/1-26型往复式压缩机在我厂煤制乙二醇装置中应用于尾气系统，为尾气吸收塔提供气相推动力。在尾气吸收塔内，NO、甲醇和高压空气中的O2发生反应生成MN，生成的MN被塔顶喷淋甲醇在0.8MPa(g)操作压力下吸收，吸收后的气体作为驰放气送至锅炉系统焚烧[3]。LW-14/1-26型无润滑尾气增压压缩机的气缸内无需注油，额定进气压力0.1MPa，额定排气压力2.6MPa，排气量为14m3/min。
压缩机运行时，通过联轴器、曲轴、连杆、十字头使活塞在气缸内做往复运动，当活塞外止点向内止点开始移动时，活塞外侧处于低压状态，气体通过吸气阀进入气缸，当活塞由内止点向外止点移动时，吸气阀关闭，气缸内气体则被压缩而提高压力，当压力超过排气阀外气体压力时，排气阀打开，开始排出气体，当活塞达到外止点时排气完毕，到此完成一个工作循环。气体进入一级气缸压缩，再经过一级冷却器后送入二级气缸压缩，再经过二级冷却器后送入三级气缸压缩。本机立列为复动式，卧列为级差式，外侧进气时，内侧为压缩气体，外侧压缩排气时，内侧为进气。
压缩机结构主要由气缸、进排气阀、缓冲罐、活塞以及活塞环等部件组成，活塞往复运动时吸入或压缩气体来对气体进行做功，电机带动曲轴旋转，通过十字头转化为活塞的直线往复运动；在润滑机构中，活塞在气缸间的滑动为无油润滑，曲轴、连杆和十字头用齿轮油泵强制润滑，经过初步过滤的润滑油被油泵输送至过滤器及管路后进入曲轴，并经过曲轴进入连杆、十字头和滑道，齿轮油泵由曲轴进行传动，我们通常称之为轴头泵。冷却机构则是由各级冷却器、气缸水夹套、填料水腔等部件组成。由于水的比热容较大，通常将水作为冷却介质，带走压缩气体和摩擦部分产生的热量，油冷却器用来冷却润滑油部分增加的热量。
压缩机机身用灰铸铁制成，外形为角式，在垂直和水平端分别装有中体，一级气缸和二级气缸。在二级气缸下部，装有二级排气支座，以承受二级气缸的重量及接二级排气管用。机身同时作为油池使用，为控制油位，侧壁上装有油位计。为装卸十字头销和旋转活塞杆来调节活塞与气缸间的内、外止点，机身开有窗口。曲轴是用球墨铸铁制成，连接驱动电动机转子，以键传动。连杆是用球墨铸铁制成，杆体为工字形，截面内钻有贯通大小头的油孔，保证大小头瓦在运行期间的润滑冷却。气缸材质为灰铸铁，水冷式结构，活塞体材质为铸铁。
缸体密封所用的为填料密封结构，每套填料由密封环和切向环组成，借拉力弹簧的预紧力和气体压力与活塞杆抱合密封。为保证往复式压缩机使用更安全，每组填料有一个充氮室，充氮压力一般为0.02MPa-0.1MPa，目的是将工艺介质沿着活塞杆轴向泄漏出的少量工艺介质随着密封氮气一并送入到安全地点进行排放，从而保证往复式压缩机对人员安全和环境污染的影响降到最低。经填料泄漏出的少量气体，可用管子从中体引出，由用户自行接至回收装置，确保排放达标。另外中体内还装有刮油盒，内装刮油环，防止机身油箱内的油经活塞杆进入到气缸内，甚至污染工艺介质管路。
进气阀和排气阀均为网状阀，气阀的结构一般包括阀座、升程限制器、阀片、缓沖片、弹簧等零件，中间以螺栓连在一起，阀片靠弹簧压紧在阀座密封面上。阀片用不锈钢制成，经过热处理具有良好的弹性，缓冲片的设置，是为了减少阀片的冲击力，提高阀片的使用寿命。气阀作为往复式压缩机的核心零件，一旦出现故障问题，会导致压缩机运行性能不断降低[4]。
冷却系统包括级间冷却器、缸体冷却系统和油箱冷却系统组成，其中级间冷却器包括一级冷却器、二级冷却器和三级冷却器。缸体冷却是夹套换热装置，油冷却器和级间冷却器为列管式。
2往复式压缩机常见故障分析及处置措施
在整个生产工艺流程中，压缩机是非常重要的一台设备，如出现故障就会造成工艺装置工况波动，严重情况下甚至会造成环境污染和人员伤亡。因此，本文针对我厂LW-14/1-26型往复式压缩机在运行过程中出现过的故障情况进行阐述，并分析其产生的原因以及所采用过的处置措施，对以后同类装置出现类似故障问题时应采取的最优方案具有一定的参考意义。
2.1某一级排气压力过高
往复式压缩机在运行过程中应根据工艺指标的要求进行及时的调整，保证工艺所需的压力或者流量在合适范围之内，如果运行过程中某一级的排气压力高于设定值，那么通常我们检查的部位或者说是考虑的方面有以下几种：
2.1.1下一级排气阀
下一级排气阀对该级排气压力造成影响的原因是气体流回了下一级气缸，减少了下一级气缸的吸入容积。在检修的过程中主要是检查下一级气阀的密封性能以及弹簧的弹力，如果是密封垫片的原因则要进行重新更换装配，如果是弹簧的弹力不足则要进行弹簧的更换。
2.1.2下一级进气阀
下一级进气阀对该级排气压力造成影响的原因是下一级压缩气体漏回前一级冷却器及管路中。对下一级进气阀的检查跟检查排气阀的内容基本一致，主要是保证气阀的整体性能完好，活塞对其做功时才能保证正常的排气压力。
2.1.3前一级的进气压力和排气压力
在气阀性能完好的情况下，如果前一级的进气压力或者是排气压力受前工段的影响而高于设定值的情况下，由于驱动电机的转速是一定的，那么单位时间内对相同体积的气体所做的功也是一定的，进而使得被做功的气体的压力值高于设计值。因此对于这种类型的故障原因应先从工艺方面进行判断，如果由工艺方面原因造成，那么应及时调整前后工段的工艺指标，使其在正常工艺指标范围即可解决问题。
2.1.4该级进排气阀的温度
对于一定体积的理想气体，根据理想气体状态方程PV=nRT，气体的温度与压力呈正比关系，即排气温度越高，则排气压力越高。该级进排气的温度如果过高，那么该级排气压力也会随之升高，主要检查的范围包括循环水温度、冷却水流量以及气阀弹簧的弹簧力。循环水温度过高或者是循环水流量过低就会造成冷却不足，排气温度高于设定值，相应的排气压力也会高于设定值。对于气阀弹簧弹力不足的情况，阀片不能紧紧贴合在阀座上，造成一部分被压缩的气体又返回至上一级，出现气体被重复压缩做功的情况，重复压缩做功的结果就是该部分气体温度不断升高而高于设定值，最终造成排气压力过高。因此，该原因的处理方法包括降低循环水温度、调整循环水流量和对气阀弹簧进行更换等等。
2.2某一级排气压力过低
某一级排气压力过低的时候，通常对该级的进排气阀进行密封性检查和弹簧弹力性能检查，因为该级排气压力过低的时候通常是气阀出现了回流现象，气阀密封性能不良的时候，活塞往复运动对气阀所做的功就有了损耗，从而达不到预定排气压力值，同时伴随的现象有某个气阀温度异常升高。因此出现某级排气压力过低的时候可以使用红外测温仪对该级气阀运行温度进行检查，该级气阀的运行温度一般应相差不大，某个气阀温度异常过高的应检查维修处理。
还有一种情况也会造成该级排气压力过低，就是该级气阀出现外漏现象，这种情况比较容易判断，因为现场运行的时候能够明显听到泄漏声音，应及时对泄漏位置进行紧固消漏处理。
2.3润滑油压过低
润滑系统是机械设备的重要组成部分，润滑不良的情况下，机械设备会很容易出现机械故障现象。根据LW-14/1-26型往复式压缩机在我厂的运行情况来看，润滑油压过低现象比较常见，同时我厂其他装置区所采用的不同结构形式的往复式压缩机，其运行过程中润滑油压过低现象也比较普遍，主要原因有以下几种：
2.3.1轴头泵齿轮间隙过大
往复式压缩机的润滑油压通常由轴头泵提供，轴头泵跟曲轴同步转动，轴头泵的两个啮合齿轮转动提供润滑油压。随着往复式压缩机的长时间运转，轴头泵的两个啮合齿轮间隙越来越大，啮合转动过程中所能提供的有效压力也随之降低。针对这种情况，旧轴头泵一般也不具备维修价值，一般是更换新轴头泵即可解决。条件允许的情况下也可以增设辅助润滑装置，即通过增设辅助油泵将辅助油泵出油口汇接至轴头泵出口管路之上，这样可以有效的保证润滑效果，因为往复式压缩机的润滑油压一般设有低联锁值，当润滑油压低于该值时不允许启动，以实现对机组的保护。当有了辅助润滑系统之后，可以随时调整油压在正常运行范围之内，不受油压联锁限制能够及时启动压缩机组。
2.3.2吸油管路漏气
往复式压缩机的吸油管路一般采用铜管材质，由于铜管相对柔软，易于弯曲的特点，通常我们使用铜管进行切割和加工成各种形状和尺寸，方便安装和布置。同时，铜管也可以通过焊接、扩口、压接等多种方式进行连接，连接部位密封性好，安装过程相对简单，可节省材料和使用成本。
往复式压缩机的运行周期越久，铜管连接处的密封性能可能也会逐渐降低。但是吸油管路内一般为真空态，即使出现漏气现象也不能从外观上能够直观的显现出来，当有气体随着漏气位置进入到润滑油吸入管路中时，因为液体不可被压缩，而气体能够被压缩到很高的气压值，轴头泵属于容积式设备，不具有自吸能力，因此啮合齿轮对含有气体的润滑油做功有限，导致润滑油压过低不能对轴瓦、十字头等机械部件进行良好润滑，漏气严重时甚至可能会出现润滑油压无压现象。对于这种问题，只需对吸入管路铜管的所有接口密封位置进行重新更换密封垫片紧固，确保密封性完好就可以解决油压问题。
2.3.3油过滤器堵塞
润滑油的日常使用应严格执行三级过滤，一般设备的润滑系统会另外增设过滤单元。无论是润滑油吸入管路还是轴头泵增压后置管路均会设置一个过滤装置，如果过滤装置长时间不清洗的情况下，流经润滑油路的润滑油量将会大大减少，轴头泵的驱动装置和往复式压缩机的曲轴均由驱动电机提供动力，电机转速为固定值，那么同样的转速下，被做功的润滑油量越小，那么所提供给需润滑单元的润滑油量也会越少，润滑油压低就是最直观的表现形式。对于这种情况，定期清理过滤单元滤芯和更换润滑油就是保证良好润滑的必要条件。运行过程中可以根据过滤器前后的压力值进行判断滤芯是够堵塞严重，有条件的可以对润滑系统过滤单元增加压差监测装置，压差值超过预设数值时能够及时的发现和对滤芯进行清理。
2.3.4润滑油黏度影响
一般情况下，润滑油的黏度随着温度的升高而逐渐降低，那么同样条件下，低黏度的润滑油和高黏度的润滑油所能呈现出的润滑油压也不相同。油温降低，润滑油黏度升高，油温升高，润滑油黏度降低，当润滑油油温过高时，润滑油压将会快速下降，这时应检查往复式压缩机有无异常机械故障所导致的摩擦热增加，对异常发热应立即排查机械故障原因并处理，同时对润滑油的冷却系统进行检查，看循环冷却水是否中断或者是循环水流量不足导致。
而对于不同标号的润滑油品种，其黏度也均不相同。一般来说，同一种类的润滑油油品随着润滑油标号的增加而黏度增加，随着黏度的增加，选用高黏度的润滑油也可以对提高油压起到一定的作用。例如，夏季气温和循环水温较高，可以选用46#或68#汽轮机油，冬季的气温和循环水温较低，可以选用32#汽轮机油，都能够满足往复机组的润滑要求。
2.4气阀声音异常
气阀是往复式压缩机的重要零部件，而且气阀的组成部分中有易损件，因此气阀出现故障的次数相对较高一些。气阀声音异常时可以明显的由听棒听出，及时对有异常声响的气阀进行拆检即可，通常都是因为气阀内有活塞环碎块等异物，或者是因为气阀阀盖顶丝、备冒松动所致，也可能是气阀弹簧弹力不足导致的气阀阀片异常声响等，这类问题在气阀拆检后都能够很直观的表现出来，针对相应问题做好相应的处置措施就可以解决问题。
2.5排气温度不正常
往复式压缩机的排气温度不正常通常指的是指其高于设计值，过高的时候通常会出现密封垫片失效造成工艺介质泄漏。造成排气温度增高的因素有：进气温度、压力比以及压缩指数等等；而造成吸气温度高的因素有：中间冷却效率低，或者中间冷器内水垢结多影响到换热，进而造成后面级的吸气温度过高高，最终结果就是排气温度也会高。对于循环水水质较差造成的水垢过多而影响换热的现象比较常见，常用的措施有在循环水站投用加药装置改善水质或者定期对换热热备进行反向冲洗等操作。
不仅如此，气阀漏气或者是活塞环漏气，不仅影响到排气温度升高，而且也会使级间压力变化，只要压力比高于正常值就会使排气温度异常升高。此外，水冷式设备，缺水或水量不足均会导致排气温度升高。
2.6本体及轴承过热故障
在曲轴和轴承、十字头与滑道、填料与活塞杆等摩擦处，温度超过规定的数值称之为过热。过热所带来的后果，一是加快磨擦副之间的磨损，二是过多的热量不断积聚直致烧毁磨擦面以及轴承抱死而造成机器重大的事故。
造成轴承过热的原因主要有：轴承与轴颈贴合不均匀或接触面积过小；轴承偏斜曲轴弯曲；润滑油粘度太小，油路堵塞，辅助油泵有故障造成断油等；轴瓦间隙过小；主轴与电机轴没有找正造成同轴度较差等。
2.7设备本体组件断裂事故
设备本体组件断裂事故发生的部位主要有曲轴断裂，其断裂大多在轴颈与曲臂的圆角过渡处，原因就是曲轴是驱动电机和做功元件的连接体，无论是驱动电机端出现故障或者是活塞杆侧有异常，都会对曲轴造成不同程度的损伤；还有一个断裂部位就是气缸、缸盖破裂，其主要原因在于水冷式设备在冬天运转停机后没有将气缸、缸盖内的冷却水排尽，冷却水会结冰而撑破气缸以及缸盖，因此在冬季期间往复式压缩机的防冻保护措施尤其重要。
2.8活塞杆组件断裂
活塞杆组件主要断裂的部位是与十字头连接的螺纹处以及紧固活塞的螺纹处，此两处是活塞杆的薄弱环节，如果由于设计缺陷或是制造缺陷，同时伴随工艺运转上的原因，断裂就会较常发生。若在保证设计、加工、材质上都没有问题，则在安装时其预紧力不得过大，否则使最大作用力达到屈服极限时活塞杆会断裂。在长期运转后，由于气缸过渡磨损，对于卧式列中的活塞会下沉，从而使连接螺纹处产生附加载荷，再运转下去，有可能使活塞杆断裂，这一点在进行检修时应特别注意。此外，由于其它相关联部位的损坏，使活塞杆受到了强烈的冲击时，也有可能出现活塞杆断裂的现象。
2.9燃烧和爆炸事故
造成燃烧和爆炸的其中一个重要原因就是有油润滑压缩机中往往产生积碳问题，因为积碳不仅会使活塞环卡在槽内，气阀工作不正常以及使气流信道面积减小增加阻力，而且在一定的条件下积碳会燃烧，导致压缩机发生爆炸事故。因此，气缸中的润滑油不能供给太多，不能让没有经过很好过滤，含有大量尘埃的气体吸入气缸，否则形成积碳与含有多量挥发物的气体接触导致爆炸。为要防止燃烧、爆炸发生，一定要计划检修，定期清洗储气罐和管道的油垢。
另外一个重要原因就是被压缩工艺介质的复杂性，化工装置易燃易爆介质较为常见，无论是工艺气体还是工艺液体，例如一氧化碳、氢气、甲醇、乙醇等。在异常工况过程下，极易出现高温高压现象，或者是设备静电接地或者是法兰静电跨接失效的情况下，这些积聚在一起的易燃易爆介质在高温高压或者是静电的环境下就可能会出现燃烧和爆炸事故，因此对于往复式压缩机的运行参数要密切监视，一旦出现异常数值应立即排查原因并做出相应处置，确保往复式压缩机能够高效率正常运行。
3结语
以上可以看出，往复式压缩机的气阀、润滑油系统、活塞杆等部件是往复式压缩机中最常出现故障的部位，这是由于往复式压缩机的机械特性所决定的，因为往复式压缩机运转过程中伴随着较大的振动，而且还会有排气不连续造成的气脉流动等。往复式压缩机的零部件也较多，出现的其他类型的故障也会有很多，有一些共性问题可以作为同类装置参考。在实际应用的过程中，不同生产装置有着特有的工艺特点和设备特性，如何判断是否存在故障和找出故障所在，需要用心且长期的悉心研究，日常生产过程中所出现的各种问题都需要认真分析总结，对正常工况和异常工况下的运行参数做对比，才能够在下次出现故障时能够快速准确的发现和做出相应处置，从而保证生产装置能够长周期稳定安全生产。
参考文献：
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[2] 温艳梅，李成科，王冠之，等.煤制乙二醇亚硝酸甲酯回收工艺特点[J].化工管理，2021(4):176-178.
[3] 张彦民，时鹏，任献涛.CO偶联反应合成草酸二甲酯工艺中氮元素的流失原因及应对措施[J].化肥设计，2022(1):60-62.
[4] 谢俊.往复式压缩机气阀故障维修的质量管理与控制研究[J].中国设备工程，2023,09(下):23-25.
作者简介：房宸（1990—），男，汉族，河南商丘人，工程师，学士，高级技师，中级注册安全工程师，主要从事煤制乙二醇生产。
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