往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮缸溫度高故障分析與處理

李 東，吳建利，李 勇，左 波

（中油濟(jì)柴成都壓縮機(jī)分公司，四川成都 610100）

1 概況

目前，我國很多油田的油藏開發(fā)已進(jìn)入中后期，存在油井含水率高、投入產(chǎn)出比大，以及常規(guī)注水技術(shù)挖潛困難等問題。提高采收率的技術(shù)選擇有限，和改進(jìn)注水、注聚技術(shù)一樣，注氣（如注二氧化碳、天然氣或氮?dú)獾龋┮驯蛔C明是一種高效的提高采收率技術(shù)，但存在氣源不足且成本高的問題，應(yīng)用受到限制。因此注空氣技術(shù)受到越來越多的重視。減氧空氣驅(qū)是一種技術(shù)簡單、成本低的注采技術(shù)，所需設(shè)備就是通過匹配空壓機(jī)（螺桿機(jī)）、減氧系統(tǒng)、增壓壓縮機(jī)，組成一體化裝置。該裝置入口為空氣，出口為數(shù)十兆帕的減氧空氣。

DKY450 壓縮機(jī)是該裝置的最終注氣設(shè)備，主機(jī)為6CFAM往復(fù)式壓縮機(jī)，對稱平衡布置，6 列8 缸，五級壓縮，氣缸采用風(fēng)冷，工藝氣采用空冷器冷卻方式。由YPT 450-4-（W）高壓變頻調(diào)速三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)通過膜片撓性聯(lián)軸器與電機(jī)連接，橇裝結(jié)構(gòu)。若壓縮機(jī)出現(xiàn)故障，則整套裝置停止運(yùn)行。

2 故障案例背景

為確保整套裝置順利投產(chǎn)，一般都需要對各系統(tǒng)單獨(dú)調(diào)試，再進(jìn)行整套裝置聯(lián)調(diào)負(fù)荷試驗(yàn)，來滿足現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行的設(shè)計(jì)要求。本次故障就發(fā)生在終端設(shè)備壓縮機(jī)部分的單機(jī)負(fù)載試驗(yàn)過程中。

3 故障情況

DKY450 壓縮機(jī)組完成空負(fù)荷磨合試驗(yàn)后，運(yùn)行正常。按照試運(yùn)行方案中的工況點(diǎn)加載運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組加載運(yùn)行排氣壓力達(dá)26 MPa 時(shí)，回流閥開度為30%，四級排氣溫度不斷上升，直至溫度高達(dá)143.2 ℃，接近排氣溫度報(bào)警停機(jī)值，出現(xiàn)異常。操作人員立即開啟回流閥卸載，排氣壓力和溫度降低，試機(jī)工作暫停。

4 故障原因分析

4.1 活塞環(huán)泄漏

活塞環(huán)是裝在活塞上與氣缸內(nèi)孔接觸，密封氣缸與活塞間間隙的重要部件。活塞環(huán)與氣缸壁間隙過大時(shí)，被活塞壓縮做功后的高溫氣體會(huì)通過活塞環(huán)與氣缸壁的間隙泄漏至活塞的另一側(cè)，并被活塞重復(fù)壓縮，造成排氣溫度升高。

4.2 氣閥泄漏

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，四、五級壓縮缸氣閥損壞，導(dǎo)致四級排氣溫度異常高并接近排氣溫度高報(bào)警停機(jī)值。導(dǎo)致排氣溫度高，主要有以下原因。

（1）由于四級進(jìn)氣閥在啟、閉過程中關(guān)閉不嚴(yán)，吸氣過程中氣體進(jìn)入四級壓縮缸內(nèi)，壓縮過程中由于進(jìn)氣閥片關(guān)閉不嚴(yán)，被壓縮的高溫氣體泄漏反竄回四級進(jìn)氣管路。在下一個(gè)吸氣過程中，反竄回來的高溫高壓氣體膨脹，阻止部分低溫低壓氣體吸入四級壓縮缸，導(dǎo)致進(jìn)氣溫度高的氣體被活塞反復(fù)壓縮，造成排氣溫度急劇升高，接近報(bào)警值。

（2）四級排氣閥在啟、閉過程中關(guān)閉不嚴(yán)，排氣過程中被壓縮的高溫氣體排出四級壓縮缸。在下一個(gè)吸氣過程中，由于四級排氣閥關(guān)閉不嚴(yán)，被壓縮的高溫氣體（四級排氣管路內(nèi)）反竄回四級壓縮缸內(nèi)，使四級進(jìn)氣溫度升高，高溫度的氣體再次被壓縮，最終導(dǎo)致四級排氣溫度升高報(bào)警。

4.3 級間冷卻器或管線結(jié)垢、堵塞

級間冷卻器或管線結(jié)垢、堵塞會(huì)造成上一級排出的高溫氣體，不能完全按標(biāo)準(zhǔn)降低到設(shè)計(jì)要求的下一級進(jìn)氣溫度，使該級排氣溫度升高。

4.4 壓比過大或進(jìn)氣溫度高

根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)絕熱壓縮計(jì)算公式，各級排氣溫度按式（1）計(jì)算。

式中 Td——壓縮機(jī)級的排氣溫度，K

Ts——壓縮機(jī)級的吸氣溫度，K

εi——任意級的壓縮比

n——壓縮過程指數(shù)

從式（1）可知，Td與εi成正比，εi越大，Td越高。導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)各級εi變大的主要原因有：①進(jìn)氣濾網(wǎng)或管道堵塞；②級間過濾器濾芯阻力過大；③氣缸余隙過小，使死點(diǎn)εi過大等。Td還與Ts成正比，Ts越高，Td越高。導(dǎo)致Ts高的主要原因有氣閥、活塞環(huán)損壞，級間冷卻器或管線結(jié)垢、堵塞散熱不好。

5 故障處理措施

停機(jī)檢查并排除故障。本次壓縮機(jī)故障現(xiàn)象是四級壓縮缸排氣溫度高于正常值。按照理論分析，根據(jù)壓縮缸排氣溫度高故障發(fā)生的可能原因，逐項(xiàng)拆卸檢查和排除。查看四級進(jìn)氣溫度正常。四級進(jìn)氣壓力和排氣壓力壓比正常，五級進(jìn)排氣壓比接近1。級間冷卻器和管路無堵塞節(jié)流現(xiàn)象。打開四級氣閥和四級活塞，發(fā)現(xiàn)四級進(jìn)氣閥閥孔（圖1）及進(jìn)排氣氣閥內(nèi)存在很多焊渣（圖2），卡阻在閥片和彈簧處，且閥片存在碰撞缺口，活塞環(huán)無異常。檢查五級氣閥和活塞，發(fā)現(xiàn)五級進(jìn)氣閥也存在焊渣（圖3），卡阻在閥片和彈簧處，活塞環(huán)無異常。

圖1 四級進(jìn)氣閥閥孔

圖2 四級進(jìn)排氣氣閥

圖3 五級進(jìn)排氣氣閥

通過排查發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)組成橇過程中壓力容器和管線焊接時(shí)產(chǎn)生焊渣，機(jī)加工后的鐵削等雜物附著在缸體進(jìn)排氣道內(nèi)壁，未及時(shí)清理干凈。機(jī)組運(yùn)行時(shí)在高壓氣體沖擊下，隨壓縮氣流進(jìn)入壓縮缸內(nèi)，卡在進(jìn)氣閥口和氣閥處。氣閥在工作過程中，吸入焊渣等雜物，造成氣閥閥片損壞。

6 故障處理方法

（1）拆卸所有壓縮缸內(nèi)的氣閥，進(jìn)行全面檢查，逐級清除氣閥內(nèi)的焊渣等雜物。

（2）檢查所有氣閥的閥片、閥座和彈簧等是否存在損壞現(xiàn)象，更換存在缺陷或被損壞的零件。

（3）檢查和清理壓縮缸內(nèi)（主要是缸孔和氣道）的雜物，清洗缸孔、活塞和活塞環(huán)等，確保壓縮缸內(nèi)清潔無雜物。

（4）重新檢查和吹掃所有壓力容器、工藝氣系統(tǒng)管道，確保管內(nèi)壁焊渣等雜物被吹掃干凈。

（5）檢查工藝氣系統(tǒng)的閥門是否存在卡阻、泄漏和關(guān)閉不嚴(yán)等情況。

經(jīng)過采取工藝氣系統(tǒng)管線和壓縮缸組件的檢查、管道吹掃、修復(fù)或更換被損壞的零部件等措施，恢復(fù)機(jī)組，重新進(jìn)行DKY450 壓縮機(jī)組試車。在空負(fù)荷試車過程中增加巡檢頻次，復(fù)檢壓縮缸、氣閥和工藝氣系統(tǒng)管道，未發(fā)現(xiàn)異常。按照廠內(nèi)試車方案中的試車工況重新加載運(yùn)行，所有試驗(yàn)運(yùn)行工況的試車效果全部達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，按時(shí)完成試車任務(wù)，滿足該壓縮機(jī)組的出廠交付要求。

7 結(jié)束語

壓縮缸排氣溫度高是往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障，原因多是氣閥故障。壓縮機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性在很大程度上取決于氣閥的可靠性。氣閥作為壓縮機(jī)關(guān)鍵部件之一，在使用中一定要隨時(shí)監(jiān)控其運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，加強(qiáng)運(yùn)行前的檢查保養(yǎng)工作，保證壓縮機(jī)及裝置長期可靠運(yùn)行。