天然氣壓縮機十字頭磨損原因分析及解決對策

李云杰 馮定

摘要：研究了往復式天然氣壓縮機在涪陵頁巖氣開采工區產生十字頭拉傷故障的原因，闡明十字頭磨損產生的原因及解決對策， 為用戶和壓縮機生產商分析、解決十字頭磨損問題提供參考。

關鍵詞：壓縮機;十字頭磨損;解決對策

1 問題提出

涪陵頁巖氣田是中國首個大型頁巖氣田，截至2018年10月6日，涪陵頁巖氣田累計生產頁巖氣達200億立方米。某國產天然氣壓縮機生產商以優質的產品，良好的售后維保服務，打動涪陵頁巖氣開采公司，2018年該生產商為用戶提供了40余臺天然氣壓縮機，實現天然氣增產8000余萬方。但是在2018年12月連續發生了四起十字頭磨損故障，壓縮機生產商高度重視此問題，迅速派經驗豐富的技術團隊到現場解決問題。往復式天然氣壓縮機產生十字頭磨損的原因紛雜，各界人士意見不一。本文從5個方面剖析產生十字頭磨損的原因，并提出了相應的解決對策，可為用戶、生產商在分析、解決十字頭磨損問題時提供參考。

2 十字頭磨損原因分析

天然氣壓縮機的十字頭與中體滑道構成滑動軸承，潤滑油充當中間介質將十字頭與滑道分隔開。本次壓縮機出現十字頭磨損主要是由于十字頭與滑道間的油膜被破壞所造成的，往復壓縮機的十字頭與滑道之間不能形成良好的油膜，就會出現干摩擦，造成十字頭磨損故障。輕則造成十字頭局部表面的巴氏合金層過熱、變色，重則會使巴氏合合金層磨損進而造成十字頭拉傷、變形，引發嚴重事故。引起十字頭磨損的原因是多方面的，現場實際應用表明，以下幾方面是造成十字頭磨損的主要原因。

2.1十字頭本身質量原因

由于十字頭本身質量問題造成磨損的因素主要有2個方面：（1）形位誤差造成十字頭和滑道之間的間隙不符合要求;（2）巴氏合金厚度不達標，在制造廠內進行主機跑合或空載試驗時設備正常，當在現場加載運行或正常運行一段時間后，發生十字頭磨損。

2.2 清潔度方面的原因

天然氣壓縮機主機組裝環境要求密閉、恒溫、清潔，但目前國內大多數天然氣壓縮機主機組裝廠房還沒有達到完全密閉、恒溫、清潔的標準要求，因此清潔度很難得到保證。為了解決這一問題，該壓縮機生產商采取在主機跑合之前先由主油泵泵油90分鐘，用以沖洗清潔主機內部各處油道及間隙，這種做法經過數十年的驗證，證明確實起到一定作用。

2.3 潤滑方面的原因

⑴分配塊給各注油點供油時，部分管路堵塞或阻力過大，會造成堵塞（阻力大）一路供油不足，甚至缺油，造成十字頭磨損。⑵主油泵選型不合適，供油壓力小，潤滑油難以供到指定潤滑位置，造成十字頭與滑道干摩擦;或者油泵故障，沒能及時停機，形成十字頭磨損。⑶機油管路發生泄漏，油路系統壓力下降，潤滑油難以供到指定潤滑位置，造成十字頭磨損。⑷潤滑油型號不合適，粘度低難以形成油膜。⑸潤滑油不干凈，有塵?；蚱渌愇镞M入壓縮機，會破壞壓縮機潤滑，造成壓縮機十字頭磨損。

2.4 機體振動

機體振動達到一定幅度，會破壞十字頭和滑道間形成穩定的液體摩擦，十字頭往復運轉時和滑道局部接觸產生摩擦，導致十字頭巴氏合金層減薄，出現磨損現象。由振動造成的十字頭磨損，其合金層減薄的位置都位于與下滑道接觸的部分。

2.5 加工組裝原因

⑴中體加工不合格，滑道與中體定位止口同軸度超差，造成十字頭往復運動時運動軌跡不統一，引發十字頭磨損。⑵滑道表面粗糙度加工不合格，沒有達到設計要求值，引發十字頭磨損。⑶主機安裝時活塞桿跳動檢測不合格，造成十字頭往復運動時運動軌跡不統一，引發十字頭磨損。

3 解決對策

⑴故障發生后，生產商立即對同批次采購回廠剩余十字頭和故障機組拆解下來的中體使用三坐標機床逐一進行復檢，沒有發現十字頭存在形位公差超差，中體滑道同軸度、表面粗糙度超差情況。

⑵為驗證十字頭巴氏合金厚度是否達標，生產商又對同批次十字頭合金層厚度進行檢測，證明該批次十字頭合金層厚度滿足技術要求。

⑶生產商查閱內部質量資料，證實在此事件之前，未曾發生因為清潔度、油品型號不足造成十字頭磨損的故障。

⑷在設計潤滑油路時，由分配式注油器出來的每一油路應裝有壓力傳感器，向控制系統反饋該油路的壓力情況。同時優化管路布置，降低供油阻力，確保每個注油點正常供油。

⑸在進行機組安裝時，應檢查中體、氣缸支撐墊片是否墊實，降低中體、氣缸振動幅度，確保十字頭往復運動軌跡統一。

4 案例

2018年12月，壓縮機生產商服務人員連夜趕到涪陵頁巖氣現場進行維修。根據整改方案立即實施：⑴在注油分配塊上增加2處取油孔，用油管分別直通十字頭磨損位置，保證十字頭供油正常;⑵將原有中體、氣缸支撐脫開，重新調整墊片，控制支撐反彈量在合理范圍值內，保證十字頭、活塞往復運動軌跡一致性。整改措施實施后，機組供油正常運行良好，重新測量中體、氣缸振動值均在0.2mm/s內。

5 結論

本文研究了往復式天然氣壓縮機產生十字頭磨損故障的5個方面原因，詳細闡述十字頭磨損故障產生及解決對策。筆者認為，在保證零部質量的條件下，引起此次十字頭磨損的主要因素是潤滑油供油不足和中體、氣缸支撐未能打實，造成十字頭與中體滑道形成干摩擦，進而造成十字頭拉傷。

參考文獻：

[1]郁永章，孫嗣瑩，陳洪俊.容積式壓縮機技術手冊[M].北京：機械工業出版社.

[2]陳可堅.活塞式天然氣壓縮機使用與維護[M].北京：石油工業出版社.

[3]劉衛華，郁永章.往復壓縮機故障示功圖診斷[J].