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案例分析往复压缩机气阀故障处理

   1 概况

  往复式压缩机结构复杂、易损件多,故障率一直居高不下,由其气阀故障更是占据60%以上,导致故障停机次数占总停机次数的85%以上[1],气阀的好坏不仅影响压缩机运行效能,甚至还会引起级间压比失衡而导致传动件故障。因此对气阀故障的处理及防范显得尤为重要。
  某地下储气库(天然气)采用的其中一台压缩机组为电驱高压往复式压缩机,型号为4RDSA-2/YB710-6,设计进气压力6.0MPa,额定排气压力23.5MPa,排气量62万方/天。压缩机采用两级压缩,四列对称平衡型结构,每级两个气缸,共四个气缸,编号按曲拐顺序编号,依次为1#、2#、3#、4#气缸。其中1#和3#气缸是二级气缸,2#和4#气缸是一级气缸。一级气缸(2#和4#气缸)设置有气缸余隙调节装置,俗称气缸余隙头,用来调节余隙容积以调节机组排气量。每个气缸工作方式均为双作用式,有2个进气阀和2个排气阀,机组共有16个气阀。
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  该机组的所有气阀均采用的是柯赞尼公司的CP型环状阀,CP型气阀使用非金属阀环和金属导向,其热塑性材料的化学特性适用于更宽范围的气质,从惰性到活泼成分的气体,甚至包含杂质都可以使用。现行的混合材料中应用最广泛的是掺有玻璃纤维的PeekTM 材料,它相对于其它比如掺有碳纤维的PeekTM 材料更能适应高温的环境。环形的阀片使它们尤其适用于高温的环境。气阀外观及内部拆解如图2所示:
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  2 压缩机组故障处理
  2.1故障前运行情况
  该压缩机组已完成机组三级保养,即8000小时保养,从保养结束开机运行到故障发生之时,机组连续运行345小时。在机组8000小时保养期间,完成了机组所有进排气阀阀片的更换。
  2.2故障现象详细描述
  某日凌晨,中控室值班员00:25发现SCADA系统报警,报警记录显示压缩机组一级排气压力超高报警,一级排气温度比正常升高10℃左右,压缩机振动值升高到3.8mm/s,接近压缩机设定的报警值4.0mm/s,值班员经请示后立即手动停止机组运行。
  一级排气温度、排气压力、压缩机振动在凌晨0:00左右开始明显上升,其中一级排气压力值从正常值12MPa左右逐渐上升,在0:25左右达到SCADA系统设定的报警值13.5MPa,SCADA系统开始报警;2#气缸和4#气缸(一级)排气温度值从66℃左右上升到77℃左右;压缩机振动值从2.5mm/s左右上升到3.8mm/s左右。
案例分析往复压缩机气阀故障处理
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  2.3 故障处理过程
  通过对故障现象的分析判断,初步确定机组气阀出现漏气、关闭不严,因此在机组停机后立即组织维修人员对压缩机组一级、二级进排气共16个气阀全部进行拆卸检查,检查发现以下问题:
  (1)2#气缸(一级气缸)上的内外两侧排气阀阀片均有变形,其中外侧排气阀阀片外圈阀环严重变形,在气阀关闭时已不具备密封性,如图5所示。压缩机运行时,由于气阀关闭不严,排出的高温气体会被吸回气缸重新压缩,导致排气温度升高。
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  (2)1#气缸(二级气缸)外侧排气阀严重损坏,气阀弹簧卡在气阀阀座孔内,拆卸气阀后发现气阀阀片外圈阀环已断,如图6和图7所示,该排气阀在关闭时已完全不具备密封性。压缩机运行时,二级排气阀漏气,会导致二级进气阀进气量减少,二级气缸实际进气量降低,一级气缸排气管道会逐渐憋压,导致压缩机一级排气压力升高,直至报警。
案例分析往复压缩机气阀故障处理
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  (3)1#气缸上的内外两侧进气阀阀片和3#气缸内侧排气阀阀片均有变形,如图8所示,2#气缸外侧进气阀阀片内嵌入铁屑杂质受损。
案例分析往复压缩机气阀故障处理
  在彻底检查分析出压缩机故障原因之后,对所有有损伤和损坏的气阀进行了更换。压缩机恢复完成后立即按照程序启动压缩机,机组于当日13:08正常启动,13:16分正常加载,机组恢复正常运行。
 
  3 故障原因分析
  3.1排气压力升高原理分析
  一台已有的压缩机其排气压力的高低并不取决于压缩机本身,而是由压缩机排气系统内的气体压力,即所谓“背压”决定的;而排气系统内的气体压力,又取决于在该压力下压缩机所排入系统的气量与从系统输走的气量是否平衡。若系统在某压力下的气量供求平衡,则压缩机便稳定在某压力下运行;若供过于求,系统内的气体质量不断增加,压力便不断提高,于是压缩机的排气压力也就相应提高,这时,若不采取调节等措施,压力便能增至不允许的程度。多级压缩机级间压力也服从上述规律。压缩机设计时,按照前一级排出的气体在某一特定压力和温度下为后一级所吸进的原则,确定后一级的气缸容积。若压缩机运行中前一级排出的气量改变,或者后一级所能吸进的气量改变,或者气体冷却温度改变,则级间压力将发生变化。所以,在活塞式压缩机中压力变化往往是气量供求变化的反映;压力变化是现象,气量变化是本质[2]。
  二级排气阀的泄漏,导致二级进气变少,即后一级所能吸进的气量变少,导致前一级压力系统供过于求,系统内的气体质量不断增加,压力便不断提高,即反映为一级排气压力升高。
  3.2 排气温度升高原理分析
  压缩机排气温度为:
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  公式中:
  Ts——吸气温度;
  案例分析往复压缩机气阀故障处理——压缩比;
  K——气体压缩指数。
  上述公式明确的表达了影响排气温度的因素[3]。
  影响进气温度和压缩比改变的因素均会影响排气温度的变化。
  一级排气阀泄漏,使热的气体回窜入气缸,它不仅在吸气过程中加热进气,提高吸气温度,而且压缩过程的开始阶段能继续加热气体,使一级排气温度升高,这是吸气温度的影响。
  如前所述,二级排气阀泄漏,导致压缩机一级排气压力升高,一级压比的升高也会导致一级排气温度的升高,这是压缩比的影响。
  3.3 气阀故障原因
  该压缩机组在8000小时保养期间,已对压缩机所有气阀阀片进行了更换,但是采用的备件批次不同,共有2个批次,其中多数是在机组投入正常运行后的某年集中采购的一批气阀阀片备件,仅有1个一级阀片和2个二级阀片是最初的压缩机随机配件。在本次拆检气阀过程中,发现后期集中购买的备件阀片质量与随机配件气阀中的阀片质量不同,前者材料较软,压缩机仅运行345小时,所有阀片都有变形,严重的甚至断掉,而后者材料较硬,没有任何变形,如图9所示。
  通过对比,可判断后期购买的阀片备件存在质量问题。后期邀请气阀厂家柯赞尼公司技术人员到现场,将样本带回进行分析,也证实问题阀片的材质并非Peek材质。因此,本次压缩机故障的根本原因是采购的压缩机备件阀片质量不合格,导致了压缩机气阀的损坏、漏气,气阀漏气导致压缩机一级排气压力、一级排气温度和压缩机振动升高。
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  4 经验教训与管理提升措施
  4.1经验教训
  此次事件暴露出压缩机备件采购过程和备件质量管理方面存在漏洞,一是备件采购渠道有环节存在严重问题;二是物资管理人员对采购到货的压缩机备件没有进行相关的检测或专业技术能力不足,不具备检验压缩机备件质量是否合格的验货能力;三是压缩机维保技术人员对于更换的备件质量判断对比能力也不足,更换备件时未能发现备件的质量不合格。备件采购、验货、使用更换三个主要环节均失守,从而导致了本次不该发生的故障发生。
  4.2 管理提升措施
  建议从以下三个方面加强管理,提高备件管理质量,从而提高压缩机管理水平。
  (1)建立物资采购渠道监督机制,确保采购渠道规范,采购源头及后续各个环节受控。对于本次故障事件,还需严格追溯采购渠道存在问题环节,追究相应责任人对本次故障的直接损失进行赔偿,并对现有库存中的问题备件进行全部更换,同时对备件采购渠道进行认真排查和整改。
  (2)建立物资到货验货制度,对于专业性较强的物资备件,采取双人验收,物资管理人员和专业技术人员共同参与备件的验收,确保到货物资备件质量可靠。
  (3)加强压缩机专业技术培训,无论是技术人员、维保人员、操作人员、值班人员均需加强压缩机专业技术培训,从压缩机基本原理、常见故障处理及分析、压缩机故障应急处置、备件质量管理等方面做好业务培训,全面提高相关人员的专业技术水平,从而提高压缩机管理水平。
 
  参考文献
  [1] 沈庆根.设备故障诊断[M].北京:化学工业出版社,2007:189.
  [2] 郁永章.活塞式压缩机[M].北京:机械工业出版社,1982:43-44.
  [3] 崔天生.压缩机的安装维护与故障分析[M].西安:西安交通大学出版社,1993:151
 
  作者简介
  熊一丁,女,1995年,四川人,职称:助理工程师,学位:工学学士,研究方向:压缩机运行管理
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