海上平台往复式压缩机常见故障及预防措施研究

朱国太

摘要：往复式压缩机作为海上平台石油天然气开发过程中极其重要的设备，其工作的可靠性要求越来越高。针对往复式压缩机经常出现故障的现状，指出了往复式压缩机常见的故障及其产生的原因，延长轴瓦的使用寿命、降低了故障停机时间、减少了故障维修支出。

关键词：往复式压缩机;工作原理;常见故障;预防措施;效果评价

引言

随着石油天然气需求量的与日俱增，对石油天然气开发设备的可靠性要求越来越高。往复式压缩机作为海上平台重要的石油天然气开采设备，服役条件极其苛刻，承受着较高压力的同时还要受到石油天然气的侵蚀，因此必须保证其运行的可靠性。因此研究海上平台往复式压缩机常见故障，提出确实可行的预防措施，对于提高工作可靠性具有重要的意义。

1.往复式压缩机组成及工作原理

往复式活塞压缩机通过活塞在缸体内部的往复运动实现天然气的往复增压和输送，其主要组成部分包括动力传动部件和压缩部件。其工作原理如下：曲轴箱内部的曲轴在外力作用下进行旋转运动，之后经连杆将运动传输至活塞，将旋转运动转换成直线往复移动;活塞在缸体中往复运动时，二者组成的工作容积周期性的变大和缩小，当工作容积变大时出气口关闭，缸体内产生负压将天然气由进油口吸入缸体，当工作容积变小时进气口关闭，缸体内产生正压将天然气由出气口压出，如此往复运动。

2.往复式压缩机常见故障及原因分析

2.1连杆大头轴瓦磨损

往复式压缩机连续运转过程中曲轴与连杆大头时刻进行着相对运动，为了降低曲轴和连杆大头之间的磨损速度，避免经常更换连杆部件，造成较大的经济损失，二者之间通常设置轴瓦，但是在连续运转时轴瓦也存在磨损问题。出现连杆大头轴瓦磨损问题的主要原因是轴瓦表面承受交替变化的载荷，产生往复的拉应力、压应力和剪切应力。当轴瓦表面所受的载荷大于轴瓦材料的许用应力时，就会导致轴瓦接触表面产生微小的裂纹。连续不断的交替应力会使润滑油挤进表面微裂纹内部加速轴瓦表面裂纹的扩展，致使轴瓦表面镀层脱落。脱落之后的镀层颗粒残存在轴瓦工作表面，随着轴瓦表面的连续工作，将会产生轴瓦表面的磨粒磨损，加快轴瓦的磨损速度，最终导致轴瓦出现磨损故障。

2.2主轴轴瓦磨损

往复式压缩机在石油天然气生产过程中正常工作的动力来源于曲轴，曲轴作为动力的输入部件，工作过程中承受较大的交变载荷，使主轴轴瓦表面极易出现疲劳磨损或者磨粒磨损故障。出现主轴轴瓦磨损故障的原因主要是在曲轴承受较大载荷时，曲轴轴颈将会产生较大的变形，使其呈现出鼓形或者锥形，或者主轴轴瓦孔出现较大的变形，导致曲轴主轴位置与轴瓦工作面的一侧先接触，主轴轴瓦优先接触曲轴主轴的位置将会承受极大的载荷应力，很容易刺穿油膜，导致二者之间出现干摩擦，导致主轴轴瓦的磨损。

2.3输出压力不足

进气口和出气口阀件出现开闭异常情况以及缸体部位存在漏油现象，当连续运转过程中，进、出气口阀件异常将会导致缸体吸气过程存在吸气量不足、天然气倒吸等问题，缸体压气过程存在天然气沿进气口外溢情况，不能完全将缸体内的天然气增加输送出去，降低天然气增压输送的效率。

2.4 过热

连续运转过程中存在较多的摩擦副，摩擦的存在必然会产生热量。由于往复式压缩机应用于海上平台石油天然气开采增压输送过程，避免出现火灾或者更严重的事故。摩擦副温度的升高，也会增加润滑油膜形成的难度，温度超过一定程度，就会使润滑油膜消失，出现局部干摩擦，加速了摩擦副之间的磨损速度，继续升温将会导致轴瓦的烧蚀甚至抱死，带来较大损失。

3.常见故障预防措施

3.1磨损预防措施

一是优先采用耐磨性能更好的连杆大头轴瓦和主轴轴瓦，以此提高材料的许用应力，保证连杆大头轴瓦和主轴轴瓦具有足够的耐磨能力;二是严格控制连杆大头轴瓦和主轴轴瓦的加工质量，确保轴瓦工作表面无划痕、点蚀等缺陷，降低连杆大头轴瓦和主轴轴瓦工作过程中微裂纹产生的可能;三是运行过程中及时检测调整连杆大头轴瓦和主轴轴瓦的状态，避免出现连杆大头轴瓦和主轴轴瓦局部偏载刺穿油膜出现干摩擦现象，降低连杆大头轴瓦和主轴轴瓦磨损速度。四是定期清理连杆大头轴瓦和主轴轴瓦内部的磨粒，避免过早出现轴瓦的磨粒磨损。

3.2输出压力不足预防措施

为了保证工作效率，可靠完成天然气开采过程中的增压输送工作，必须保证输出压力恒定。为了避免出现输出压力不足的问题，可以采取以下预防措施：第一是定期檢查进、出气阀的工作状态，确保其能够可靠的开关和闭合;第二是定期校准往复式压缩机进、出气阀启闭周期，确保在吸气时排气阀可靠闭合，在压气时吸气阀可靠闭合;第三是定期检查缸体连接螺栓的松紧程度，避免出现螺栓的松动，出现缸体漏油或者卸压的情况。

3.3往复式压缩机过热预防措施

一是定期检查往复式压缩机表面的工作温度，出现过热现象时及时停止运行进行检测，确保往复式压缩机各部分工作温度正常;二是夏季工作中的往复式压缩机，需要增加风冷措施，以便提高往复式压缩机的散热速度，维持往复式压缩机表面温度处于较低的状态;三是及时更换往复式压缩机内部的磨损组件，定期进行润滑，避免往复式压缩机工作过程中出现干摩擦情况，产生瞬间较高的温度。

4.故障预防效果评价

更换为耐磨性更好的轴瓦、每隔一个月对往复式压缩机进行维护清理、及时配置风冷设施等。连续运行的半年内，对运行情况进行跟踪记录，结果显示，相较于未采取预防措施之前，轴瓦未出现较快的磨损故障，寿命延长近40%;因运行故障停机修理的时间减少近25%。据相关人士估计，采取故障预防措施能够企业降低约56万/年的维修支出，同时也降低了石油天然气开采的成本，提高了企业的经济效益。

5.结论

海上平台往复式压缩机的安全可靠运行不仅关系着石油天然气开采工作的正常开展，还与相关工作人员的生命安全息息相关，必须引起高度重视。首先介绍了往复式压缩机的结构组成及其工作原理，结合笔者多年的工作经验，提出了往复式压缩机运行过程中的常见故障，包括连杆大头轴瓦及主轴轴瓦的磨损、输出压力不足以及过热等，分析了上述故障产生的主要原因。基于上述常见故障，提出了确实可行的预防措施，结果表明，轴瓦寿命延长近40%、因往复式压缩机运行故障停机修理的时间减少近25%、为企业降低约56万/年的维修支出，故障预防措施效果显著。

参考文献：

[1]刘桂，李西银.往复式压缩机活塞与十字头组件常见故障及优化改进[J].中氮肥，2019（4）：52-55.

[2]任永胜.往复式压缩机运行过程中的故障分析与维护措施研究[J].硅谷，2014（17）：104-105.