張書波

（中國石油大慶石化（huà）公（gōng）司化工二廠）

摘　要（yào）：通過一起迷宮活塞壓縮（suō）機（jī）級間壓力異常（cháng）升高、末級排氣流量降低的故障實（shí）例，詳細分析了該類壓縮機出現這種故障的（de）各種原因可能性，並重點分析了（le）導致迷宮活塞與氣缸磨損的根源所在，指出了（le）活塞杆導向軸承處的潤滑不足問題，臨末結合（hé）設備實際運行情況，給出了合理有效地改進措施，為該類壓縮機的設計、選（xuǎn）型和日常維（wéi）護提供（gòng）了參考經驗。

關鍵詞：迷宮活塞；壓縮機；導向軸承；潤滑

1　引言

中國（guó）石油大慶石化公司化工二廠5000t/a己烯-1裝（zhuāng）置采用乙烯三聚合成己烯-1技術。其關鍵設備C-201乙烯壓縮機，結構為迷宮活塞式往複壓縮機，具有無油（yóu）潤滑、磨損量小、不汙染介質等優點（diǎn）。隨（suí）著生（shēng）產的進行，該壓（yā）縮機出（chū）現了（le）級間壓力（lì）異常升高問（wèn）題，導致一級排氣安（ān）全閥頻繁起跳，末級排氣流量減少（shǎo），嚴重影響了裝置的正常生產。

2　C-201乙（yǐ）烯壓縮機簡介

己烯-1裝置C-201乙烯（xī）壓縮機（jī）為（wéi）國內某（mǒu）廠生產，型號為2D-140MG-1.24/12-55，兩列兩級迷宮活（huó）塞式往複壓縮機，立式（shì）安裝，氣缸（gāng）為無油潤滑，水冷，雙作（zuò）用。工藝介質為（wéi）乙烯，由1.20MPa（G）壓縮（suō）至5.50MPa（G），排氣量（吸入（rù）狀態）為1.24m³/min，單層平麵（miàn）布置，其基本結構如圖1所示（shì）。

該壓縮機具有（yǒu）2個氣缸，均為雙作用，進、排氣口為（wéi）側進側（cè）出，在氣缸內壁上開有迷宮槽。活塞為迷宮活塞，外壁上開有迷宮槽，活塞與氣缸不（bú）存（cún）在摩擦，無需潤滑，保證了工藝介質的潔淨。

活塞與氣缸的密封（fēng）依靠迷宮槽對氣體的節流來達到密（mì）封作用。活塞杆與氣缸底部的密封（fēng）采用迷宮式填料密封，用來（lái）密封氣缸中的高壓氣體沿活塞杆向下泄漏（lòu），材質為石墨。

該壓縮機在（zài）活塞杆中間位置設置有導向軸（zhóu）承，對活塞（sāi）與活塞杆的運動進行預導向，防止活塞與（yǔ）活塞杆發（fā）生徑向偏移。導向軸承與活塞杆的潤滑采用飛（fēi）濺潤滑方（fāng）式，由活塞杆（gǎn）運動時帶上去的潤滑油潤滑。在導向軸承的上端設置有刮油環，用來刮下黏（nián）附在活（huó）塞杆上的潤滑油，使活塞杆帶上去的潤滑油可以返回壓縮機底部油箱。

3　級間壓力異（yì）常（cháng）升高問題說明

該壓（yā）縮機一級排（pái）氣壓力正常為2.64MPa，安全閥起跳壓力為（wéi）2.85MPa。發生故障時一級排氣壓力異常（cháng）漲到2.82~2.90MPa之間，一（yī）級排氣安全閥頻繁（fán）起跳，末級排（pái）氣量減少。該壓縮機原設計排氣量在1280kg/h，發生故障時，實際流量隻能達到890kg/h，已經不（bú）能滿足正常生產需要。工廠起初懷（huái）疑是（shì）氣閥泄漏，但是更（gèng）換（huàn）氣閥後（hòu）沒有好轉（zhuǎn）。為了維持生產（chǎn），工廠臨時采（cǎi）取了提高一級進氣壓力的措（cuò）施，這樣對排氣量有所提升，但是加劇了級間（jiān）壓力的升高，安全閥一直起跳，並且逼近（jìn）了（le）一（yī）級排氣緩衝（chōng）罐的設計壓力3.0MPa，被迫（pò）停（tíng）工對該壓（yā）縮機進行（háng）檢修。

4　級間壓力異常升高原因分析

對於迷宮活塞式往複壓縮機來說，級間（jiān）壓力異常升高，末級排氣量減（jiǎn）少（shǎo）的原因主要有以下幾點：

4.1氣閥泄漏

多級往（wǎng）複壓縮機一級排氣壓力異常升高常見的原因就是氣閥泄漏。（1）需要檢查二級進氣閥。如果二級進氣閥（fá）泄漏，二級壓縮後的高壓氣體（tǐ）返回一級，導致一級排氣壓力升高。（2）需要檢查一級排氣閥。如果一級排氣（qì）閥泄漏，一級壓縮後的高壓氣體排（pái）不出去，從而導致一（yī）級排氣壓力升高。（3）需要檢查二級排氣閥。如果二級排氣閥泄漏，二級高壓氣（qì）體排不出去，就會影響二級進（jìn）氣的吸氣量，導致一級排氣憋壓，從而引起一級排氣壓力升（shēng）高。以上3種氣閥泄漏情況，都會（huì）引（yǐn）起一級排氣壓力升高、末級排（pái）氣流量減少，但與此同時，由於高壓氣體回串（chuàn），也會導致氣體溫度升高，隨之氣閥的閥蓋溫度會升高。但（dàn）發生故障時（shí），現場用紅外測（cè）溫儀測量氣閥的閥蓋溫度，閥蓋的溫度相（xiàng）對低於該處氣體溫（wēn）度10~15℃，檢查各級的進排氣溫度（dù），也沒有發現（xiàn）較平（píng）時有異常（cháng）升高，所以此次故障原因可排除氣閥泄漏。實際檢修（xiū）情況也表明（míng），這次故障跟氣閥泄漏沒有關係。

4.2填料密封磨損

該壓縮機（jī）的活塞杆密封（fēng）填料由兩種密封環組成，分為接觸式和非接觸式，填料環的內壁開有迷宮槽，通過對氣體的節流來達到（dào）密封作用。該（gāi）壓縮機填料密封共有9道密封環，從氣缸開始第4道密封環後（hòu）有（yǒu）一條漏氣回收管道去該級進氣緩衝罐（guàn），第8道密封環後有一條漏氣回收管道去火炬放空，臨末再有泄漏的乙（yǐ）烯則隨通入隔室的氮氣一起排至室外大氣。經運行期間的觀察和（hé）監測，2個氣缸的一次（cì）漏氣回（huí）收管道（dào）外壁（bì）溫度無（wú）明顯變化，一級填料的二次漏（lòu）氣回收管道外壁溫度一（yī）直在（zài）40℃左右，也沒有明顯（xiǎn）升高，而二級填料（liào）密封的漏氣回收管道，平時該（gāi）管道表麵溫度基本（běn）在48~56℃之間，在故障發生期間，一級（jí）排氣安全閥（fá）起跳的（de）時候，現場測該管道（dào）表麵溫度達到了70℃，說明該處漏氣量明顯增大。另外，末次泄漏（lòu）的（de）少量乙烯與隔離氮氣混合後排至室外大氣，我們在該排放口（kǒu）處（chù）用可燃氣體報警（jǐng）儀測得可燃氣濃度為50%LEL，而以往平時監測該處可燃氣濃度一直在30%LEL左右，這也說明了乙烯的漏量有所增加。所（suǒ）以，可判斷二級填（tián）料密封發生磨損，導（dǎo）致二級氣缸排氣量損失，泄漏的（de）高壓（yā）氣體一部分經漏氣回收管道返回二級入口，又造成了一級排氣壓力升（shēng）高（gāo）。

4.3氣缸和活塞（sāi）磨損

該壓縮機的活塞（sāi）為迷宮式，活塞外壁開有迷宮槽，同時氣缸內壁也開有迷宮槽。迷宮式活塞由於活塞與氣缸內壁（bì）存在間隙，依靠（kào）表麵（miàn）梳齒的層層節流來實現密封。該類壓縮機對於活塞和氣缸的間隙以及（jí）活塞的裝配（pèi）精度，尤其是活塞（sāi）的運行軌跡要求非常嚴格（gé），其中活塞與氣缸的直徑（jìng）間隙隻有0.20mm，如果活塞與氣缸接觸就會產生摩擦，進（jìn）而破壞活塞表麵梳齒，引起迷宮密封（fēng）失效，氣缸內高壓氣（qì）體回（huí）串，導致（zhì）級間壓力（lì）升高，排氣流量減少。為了（le）確保活塞運行軌跡始終保持直線（xiàn）而（ér）不發生偏差，該壓縮機在活塞杆中間部位設（shè）置（zhì）

有導（dǎo）向軸承，以防止活塞偏移和氣缸摩（mó）擦。導向軸（zhóu）承和活塞杆的直徑間隙隻有0.06mm，配合要求十分嚴格（gé）。迷（mí）宮活塞壓縮機相對於（yú）普通活塞壓縮機先進之處就在於（yú）其活塞為（wéi）迷宮結構，設計基礎就是活塞與氣（qì）缸無摩擦，對於（yú）活塞的運動軌跡及運行配合的（de）製造和安裝要求也是非常苛刻。所以，活塞和氣缸一般不會（huì）發生磨損，但實際（jì）情況（kuàng）是，此次故障的原（yuán）因恰恰就出現在這裏。

5　檢修處理經過

出現（xiàn）問題後，工廠共進行了兩次檢修。第（dì）一次進行了小修，更換了（le）全部氣閥（fá），但是故障仍舊存在。第二次進行了中修，拆卸了活塞（sāi）、填料密封、刮油環、導向軸承等（děng）組件，詳細檢查了各部件的磨損情況和（hé）配合間隙。檢查（chá）發現活塞、氣缸、填（tián）料密封、導向軸承均有不同程度的磨損情況。

5.1填（tián）料密封磨損情況

如圖2、圖3所（suǒ）示：二級填料密封磨損嚴重，密封內（nèi）有黑色粉（fěn）末狀磨損產物，對應活（huó）塞杆處有黑色磨痕。可判斷：二級填料密封磨損（sǔn），導致氣缸泄漏量增大，造成排氣量降低。泄漏的高壓氣體經漏氣（qì）回收管道返回二級進氣入口，影響（xiǎng）到了一級排氣量，從而造成一級排氣憋壓，級間壓力升高（gāo）。

5.2活（huó）塞與氣缸磨損情況

如圖4、圖5所示：二級活塞外壁嚴重偏磨，磨損側（cè）表麵梳齒幾近磨平。二級（jí）氣缸內壁（bì）對應部位（wèi）嚴重偏磨，磨損痕跡特別明顯。經測量，2個活塞（sāi）與氣缸周邊間隙不均勻，其中二級活塞與氣缸間隙超差嚴重。可判斷（duàn）：活塞與氣缸磨損，則吸、排氣兩側氣體互串，降低了（le）氣缸內壓縮效率，導致級（jí）間壓力升高，排氣量降低（dī）。

5.3導向軸（zhóu）承磨損情況

如圖（tú）6所示：二級導向軸承有（yǒu）磨損，內壁有燒研情況，對應（yīng）二級活塞杆處有巴氏合金殘留。經測量，二級導向軸承（chéng）內徑尺寸超差嚴重。據此可判斷：由於導（dǎo）向軸承的作用是為活塞（sāi）的運動（dòng）進行導向，如果導向軸承磨損，那麽活塞運動將有所偏（piān）移，從（cóng）而導致填（tián）料密封和活塞磨損。綜上所述，此次故障的原因主要是導向（xiàng）軸承磨損，進而造成活塞、氣缸、填料密封磨損，從而引起級間（jiān）壓力升高、二級排氣量（liàng）降低。下麵，對導向軸承磨損的原因進（jìn）行進一步分析。

5.4導向軸（zhóu）承磨損原因分析

裝配原因（yīn）。導向軸承與活塞杆的廠家給（gěi）定（dìng）標準間隙（xì）值為0.04~0.08mm，間隙值比較小。活塞杆與十字頭的（de）連接方式為螺紋連接，安裝時調整難度較高，稍有偏差就會造成活塞杆（gǎn）與導向軸承一側（cè）接觸，進而造成導向軸承磨損、燒研（yán）。僅對本次（cì）故障（zhàng）來說，由（yóu）於壓縮機的安裝是在機器廠家技術人員指導下完成的，所以可排除裝配方麵的原因（yīn）。

潤滑（huá）原因。導向軸承與活塞杆之間的（de）潤滑由於采用飛濺潤滑，沒有穩定的外供（gòng）潤滑油（yóu）係統，僅是依靠十（shí）字頭做往（wǎng）複運動時甩（shuǎi）出（chū）的潤滑油進行潤（rùn）滑。在壓縮機運行初期，潤滑油溫度較低，粘度相對較大，十（shí）字頭甩出的（de）油量較少，導向軸承（chéng）與活塞（sāi）杆之間難以形成穩定的油膜，潤滑條件（jiàn）不夠（gòu）充足，極（jí）易造成活（huó）塞杆與導向軸承之間產生幹摩擦，這種情況在冬季尤為突出（chū）。並且，在（zài）壓縮機剛停機時，活塞杆的往複運動逐漸停止，這期間十字頭甩出的油（yóu）量也隨之減少，進（jìn）而會造成（chéng）導向軸承與活塞杆產生摩擦。待壓（yā）縮機完全停止後，導向軸承與活塞杆處沒有持續潤滑油進行冷（lěng）卻降（jiàng）溫，也會影響和降低導向軸承的使用壽命。

6　故障應（yīng）對（duì）措施

綜上所述，造成（chéng）壓縮（suō）機級間壓力異常升高、末（mò）級排氣量（liàng）減少的（de）根本原因就（jiù）是導向軸承處潤（rùn）滑不足，進而造成導向軸（zhóu）承磨損、活塞杆運動偏擺、填料密封磨損、活塞與氣缸磨損（sǔn）等一係列問題。所以，針（zhēn）對故障（zhàng）問題和設備實（shí）際運行情況，我們和機器（qì）廠家（jiā）溝通後，對壓縮機進行（háng）了優化改造。即：在機身內部增設兩級導向軸承與活塞杆的預潤滑線，提高導（dǎo）?軸承與活塞杆的潤滑效果，避免因潤滑中斷或潤滑不足而造成幹摩擦。具體措施（shī）為：從現有潤滑油總供油線上引出一根覫8白鋼管，分（fèn）成兩路，在壓縮機機身兩側鑽孔，進入兩級導（dǎo）向軸承下側，分別圍繞相應（yīng）活塞杆彎曲成環，鑽出4個（gè）小孔，噴油至活塞杆表麵（導向軸承下（xià）部約2cm處）。該（gāi）潤滑油線上安裝有切斷閥，可以進行關閉和（hé）開啟。在（zài）壓縮機正式開（kāi）機前，先啟動輔助潤滑油泵進行油運，打開該（gāi）潤滑油線對兩級導向軸承進行預潤滑，同時人工盤（pán）車10圈，使（shǐ）導向（xiàng）軸承與活塞杆接觸部位得到充分潤?，預潤滑時間不少於5min。壓縮機需要停機時，則按照原停機程序，待（dài）機器（qì）完全停（tíng）止10min後，再關閉輔助潤滑油泵。

經過改造，壓縮機的（de）導向軸承與活塞杆接觸（chù）部位始終有潤滑油潤滑，促進了該潤滑部位的液膜形成，極大提升了潤滑（huá）效果，同（tóng）時也增強了導向軸承與活塞杆之間的（de）密（mì）封（fēng），避免了壓縮機上（shàng）層隔室內的乙烯向下泄漏至底部（bù）的潤滑油箱。

7　結論

按照國家標（biāo）準《JB/T11178-2011迷宮活塞壓縮（suō）機》所（suǒ）述，迷宮壓縮機（jī）的活塞杆導向軸承可采用飛（fēi）濺潤滑。作者為此進行（háng）了文獻檢索，並沒有查到其它為導向軸承額外設（shè）置潤滑油的情況。但是，己烯-1裝置生（shēng）產情況較為特殊（shū），其生產性質屬於工業化試驗，每次開工少（shǎo）則幾天，多則月餘，工藝生產並不穩定，經常需（xū）要反（fǎn）複停（tíng）開工。由此壓縮機開停機特別（bié）頻繁，也就（jiù）使得導向軸承與活塞杆的潤滑不足問（wèn）題（tí）得到放大（dà）。長（zhǎng）此以往，勢必會（huì）加快降低導向軸承的使用壽命（mìng）。所以，對於需要（yào）頻繁啟停的壓縮機，很有必要對導向軸承設（shè）置外供潤滑油來進行強製潤滑。

工廠通過此次改造，有效解決（jué）了壓縮機導向軸承與活塞杆潤滑不足問題（tí）。通過一年多的運行情況來看，壓縮機級（jí）間壓力異常升高、末級排氣（qì）量降（jiàng）低問題已經得到解決，導向軸承與活（huó）塞杆、填料密（mì）封與活塞（sāi）杆（gǎn）、活塞與氣缸沒再出現偏磨情（qíng）況，壓縮機能（néng）夠平（píng）穩運行，各項參數也都在標準範圍內。臨末（mò），希望通過本次壓縮機故障（zhàng）與優化改造實例，為同類企（qǐ）業迷宮活塞式往複壓縮（suō）機（jī）的設計選型和運行維護（hù）提供一定的參考經驗。

參考文獻：

[1]戴曉洲.迷宮式（shì）活塞壓縮機迷（mí）宮密（mì）封及結構分析[J].化工機（jī）械，2000，27（2）

來源：《壓縮機技術》

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