压缩机主要技术分析与运行检修情况

云南解化集团有限公司是国内首家采用褐煤鲁齐炉纯氧加压气化制原料气生产合成氨的企业。该工艺流程是以碎煤为原料，以蒸汽和纯氧为气化剂在2 35 MPa、压力状况下进行煤的连续气化。气化后的粗煤气经耐油耐硫变换，冷却后进入低温甲醇洗工段，经液氮洗精制配氢（ N 2 /H 2 = 1 3）后送至合成压缩机，加压到32 MPa后进入合成塔；液氮洗解析出来的甲烷气进入转化工段，转化气经变换脱碳后进入合成压缩机加压至12 5 MPa后进入铜洗精洗，再返回压缩机加压至32 MPa后进入合成塔。解化合成压缩机主要有3台3D22/型和4台H228 （A）型。3D22型系上世纪70年代投产使用的3列3级大型往复压缩机； H228 （ A）型系90年代投产使用的4列4级大型往复压缩机。在使用过程中，经常出现高压级活塞环失效快、减薄断裂后造成缸套划痕等故障，影响了压缩机组的长周期运行，进而影响了生产的稳定。

1机组概述1 1主要技术参数1 2 3D22型级和H228（A）级工艺简

从工艺可知，两种机型的高压缸都是单作用气缸。在轴侧端设置一个平衡室，通过缓冲过滤器与排气出口管相连通，活塞向轴侧运动时的惯性力得到平衡，减小了活塞环的压力。

2运行检修情况近年来，随着解化集团技术改造的完成，生产负荷明显增加，正常情况下压缩机5开2备，由于高压缸的故障较多，导致倒车次数较多，影响了生产的稳定，经过对2002年2005年历年检修次数和故障原因统计，高压缸引起的停车检修比例较高。机经常作为备车，因此检修次数相对较少； （ 2） 9压缩机在2005年由于事故，重新进行安装大修；（3） 7机由于机身振动大， 2005年重新进行安装大修； （4）高压缸检修次数平均比例为高压缸活塞环导致的检修次数与一年检修次数之比的历年平均比例4 i= 1 ni/ Ni 4。

在实际检修工作中，压缩机主要故障表现为以下几点： （1）高压缸活塞环前面几根磨损减薄较快，导致活塞环泄漏，被迫停车更换； （ 2）活塞环断裂引起缸套划痕停车处理； （ 3）铜洗精炼气带铜液导致高压缸活塞环失效；（4）高压缸套松动停车处理；（5）气阀泄漏或级间冷却器泄漏。上述主要故障3、4、5，铜洗带液系工艺操作不当引起，通过工艺调节可以避免；缸套松动系装配不当引起，经过改进镶缸套的工艺和方法可以减少松动；缸套划痕与活塞环减薄失效有关；从缸套划痕统计表可以看出，每台机组的高压缸套使用时间都不长，每次换缸套时测量，圆度和圆柱度均未超标。由于高压级活塞环失效引起的停车检修比例占60以上，因此，本文重点对此故障进行分析。从统计数据表和实际检修情况可知： （ 1） 3D22级活塞环和H228 （A）级活塞环失效较快，是导致频繁停车检修的原因，也是造成气缸划痕的主要原因； （ 2）从使用时间上可知， H228 （ A）级活塞环失效速度明显快于3D22 （）级活塞环。

3故障原因分析3 1两种机型高压缸活塞环失效快的原因活塞环依靠节流与阻塞来密封，其原理如所示。当环装入气缸后，由于环的弹性，产生预紧压力p K，使环紧贴在气缸壁上。当气体通过金属表面高低不平的间隙时，受到节流与阻塞作用，压力自降至p 2。同时，由于活塞环槽间有侧间隙，环紧靠在压力低的一侧。所以在活塞环内表面与环槽之间的间隙处，有一个近似等于p 1的气体压力作用着。而沿着活塞环外表面作用的气体压力则是变化的，从p 1变至p 2，其平均值近似等于1 2（ p 1 + p 2）。这样，便在半径方向产生一个压力差p = p 1 - 1 2（p 1 + p 2） = 1 2（p 1 - p 2），这个压力差使活塞环紧贴在缸壁上达到密封作用。气缸内压力越大，密封压紧力越大，这表明活塞环具有自紧密封的特点。

厄外斯（ Eweis）曲线

表明，所示，在单作用气缸的一组活塞环中，面向排气端的**道环承受压差的3 4，第2道环后的压力降为气缸内压差的26 ，第2道以后降至10 ，第3道环作用就不太明显。在正常情况下，泄漏量只有吸气量的0 3 1，由于在活塞环达到外止点附近时，环的惯性力不足以克服气缸内的压力差，无法实现活塞环向两个槽面的周期转移，活塞环持久地被压在环槽的一面，始终不能做上下运动，其布油作用锐减甚至已完全消失，至使活塞环处于半干或全干状态下运行。因此，**道环密封力很大磨损很快，工作不久切口便增大，密封作用大大减弱，这时第2道环便起**道环的作用，磨损也随之加剧，依次类推。

3 2 H228 （A）级活塞环失效速度快于3D22级活塞环的原因（1） 3D22活塞组件，共有10个活塞环槽，活塞环材料为粉末冶金，托瓦由堆焊磷青铜后车削而成，分布在活塞环槽的两侧，托瓦外径小于气缸内径0 2 0 25 mm，使活塞体与气缸保持良好的同心度，而且磷青铜耐磨可以长期使用。由于托瓦与气缸内径间隙较小，对高压气体有一定的阻流作用，减小了**道活塞环的压力，延长了其使用寿命。加之，活塞环由粉末冶金材料制成，该种材料是金属材料和其它减磨材料粉末压制、烧结、整形和浸油而成，具有多孔性结构，在热油中浸润后，孔隙充满润滑油，工作时由于运动摩擦和气体膨胀产生热量，使金属与油受热膨胀，把油挤出孔隙，进入摩擦表面起润滑作用。冷却后，油又被吸回孔隙中。因此，可以长时间在缺油或无油状态下使用。活塞组件如所示。

（2） H228 （A）活塞组件，有10个活塞环槽，活塞环材料为10- 1锡青铜，托瓦为堆焊巴氏合金后车削而成，分布在活塞环槽的中间。这一结构使每一根活塞环直接承受高压气体压力，使其紧贴在气缸体镜面。虽然，锡青铜材料有一定的耐磨性，但是，在高压力油分布不好的情况下，其耐磨性能远不如粉末冶金材料，因此，失效较快。在活塞环磨损减薄后产生断裂，进而卡塞其他活塞环，严重时导致气缸镜面破坏。活塞组件如所示。

H228 （A）级活塞组件通过分析比较，可以看出：（1）由于3D22活塞体托瓦的节流作用使**道活塞环承受的压力有所减小， H228 （A）活塞体**道活塞环承受直接的高压，使其磨损较快；（2）粉末冶金材料在此工况下性能优于10- 1锡青铜；（3）磷青铜托瓦的耐磨性优于巴氏合金，使3D22活塞体长期与气缸保持同心而不下沉，避免活塞环受偏压。

从活塞环的密封原理及两种活塞组件的对比分析可知，活塞组件中的各个活塞环实际承受的背压值各不相同，**根活塞环承受较大的背压，至使其磨损加快，为此，应该使各个活塞环的实际承受的背压值较为接近甚至相等，可较大限度地降低每个活塞环工作时承受的背压。由此说明，良好的活塞环材料和合理的活塞体结构是保证长周期运转的基础。

4改进建议从各活塞环平均背压值的计算公式p = 1 K - 1 p s（p ps）K - 1 K来看，因各级吸入压力p s，压缩比p ps，绝热指数K都是常量且不宜改变，光靠活塞环本身结构或尺寸变化无法减小各环承受的平均背压，故需利用降压构件承担部分压降，如3D22 的托瓦的结构，不仅起到托瓦的作用，又可起到节流降压作用，减小**根活塞环的背压。基于以上思想和借鉴，湖南大乘资氮集团有限公司6L2K氢氮压缩机级活塞体改造的经验，对两种活塞体和活塞环作如下改进：因3D22 （）型活塞体运行情况良好，借鉴其经验，对托瓦宽度增加到40 mm，在托瓦环面上加工出4道5 mm宽的节流槽，这一改进在于不改变其与气缸镜面的有效接触面积，由于多于4道槽，其阻流效果会好一些。由于**道环承受的背压相对大些，在其轴向增加4个均压孔，径向增加4个卸荷孔和一道2 mm宽的均压槽，由于粉末冶金的加工性能较差，故**道浮动节流环选用10- 1锡青铜，并把环宽由8 mm增加至10 mm，第二道活塞环增加轴向卸载孔，材料仍用粉末冶金，宽度不变，其余活塞环尺寸和材料不变。由于该活塞体一端为排气端，一端与高压气体管道直接相通，故需在活塞体两端做如上改进，其改进后的示意图如所示。