1、引言

 

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】活塞壓縮機(jī)的作用是將尾氣換熱器4116-E4熱端送出的壓力0.3MPa、溫度30℃、流量7000m3/h的尾氣送入氣化工段天然氣總管，進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)入口，經(jīng)天然氣壓縮機(jī)加壓后，作為氣化爐原料氣。活塞壓縮機(jī)一旦不能正常運(yùn)行，4116-E4熱端送出的尾氣只能送往鍋爐燃燒，導(dǎo)致原料氣消耗高。活塞壓縮機(jī)為水平對(duì)置雙作用帶十字頭型壓縮機(jī)，其主要性能參數(shù)如表1所示。

 

 

　　2、問題描述

 

　　活塞壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)潤滑油壓較低，最低達(dá)到0.14MPa （設(shè)計(jì)值為0.20MPa），油溫達(dá)到61℃，軸瓦溫度最高達(dá)到69℃，二級(jí)缸振動(dòng)大（振速達(dá)到12.6mm/s）。決定停機(jī)檢修，拆檢后發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)油冷器內(nèi)部淤泥堵塞嚴(yán)重，二級(jí)缸體連桿大頭瓦間隙處漏油較大等問題，對(duì)這些問題采取相應(yīng)處理措施后，進(jìn)行回裝。此前由于二級(jí)缸體振動(dòng)大，因此在回裝時(shí)針對(duì)各級(jí)缸體與中體連接螺栓進(jìn)行緊固檢查，檢查發(fā)現(xiàn)二級(jí)缸體與中體的連接螺栓有3條斷裂，位置在圖1中A、B、C處，斷裂發(fā)生在螺栓第一牙根處。經(jīng)檢查斷裂情況發(fā)現(xiàn)2個(gè)為較早時(shí)間斷裂，斷裂痕跡為剪切應(yīng)力斷裂，存在部分蠕變現(xiàn)象。一個(gè)為近期斷裂，斷裂口均顯示為剪切應(yīng)力斷裂，斷口切面平整（圖2）。
 

 

 

　　由于處于檢修回裝階段，也未發(fā)現(xiàn)其他問題，遂決定對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行更換后回裝。但因無原廠家備件螺栓，因此采用相同材質(zhì)為35CrMo新螺栓，新螺栓外徑比原廠家螺栓小0.2mm，但能夠旋入使用。

 

　　回裝完成后，活塞壓縮機(jī)投入使用，但壓縮機(jī)二級(jí)缸振動(dòng)仍然較大（振速達(dá)到10.6mm/s）。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)月后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)二級(jí)缸體連接螺栓出現(xiàn)斷裂情況。進(jìn)行了立即停機(jī)交出檢修處理，打開二級(jí)缸東側(cè)側(cè)蓋檢查發(fā)現(xiàn)4根螺栓斷裂脫落，位置同樣位于下部，進(jìn)一步拆解檢查發(fā)現(xiàn)共有8根螺栓斷裂，其斷裂面如圖3所示。
 

 

　　3、螺栓斷裂原因分析

 

　　螺栓材質(zhì)為35CrMo，規(guī)格M16mm×140 mm，數(shù)量為12條。螺栓與缸體連接形式為栽絲連接（斷裂面就在此端），與中體連接靠帶密封“O”圈螺母緊固。從斷裂損壞的螺栓斷裂面可能看出，螺栓在交變載荷作用下受剪切應(yīng)力作用，產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而引發(fā)斷裂[1]。經(jīng)拆檢分析引起螺栓斷裂主要有以下幾個(gè)方面原因：

 

　　3.1 缸體與中體連接定位止口受力面過小，止口間隙大

 

　　經(jīng)過拆檢發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)二級(jí)缸體與中體連接定位為止口定位，且定位止口受力面過?。▓D4），止口間隙大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單邊為0.15mm。缸體止口密封墊為銅墊，尺寸為準(zhǔn)320mm×準(zhǔn)305mm×2mm。定位止口受力面過小、止口間隙大，導(dǎo)致其不能對(duì)缸體和中體有效定位。在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，特別是振動(dòng)較大時(shí)，引起缸體與中體同心度發(fā)生變化，加劇缸體振動(dòng)，使連接螺栓承受較大剪切應(yīng)力。
 

 

　　3.2 缸體與十字頭滑道同心度較差

 

　　對(duì)二級(jí)缸體出口緩沖罐連接法蘭面用框式水平儀進(jìn)行水平度測(cè)量（圖5），發(fā)現(xiàn)其水平度較大。在不考慮壓縮機(jī)啟動(dòng)后緩沖罐熱膨脹的條件下，經(jīng)測(cè)算，二級(jí)缸體缸蓋處與十字頭滑道同心度偏差為0.08mm。
 

 

　　3.3 螺栓預(yù)緊力不均

 

　　壓縮機(jī)二級(jí)缸體與中體連接螺栓共有12條，預(yù)緊時(shí)采用人工手動(dòng)緊固，為防止預(yù)緊力不夠，還使用了加力桿進(jìn)行螺栓緊固。同時(shí)，每條螺栓圓周位置不一樣，人工手動(dòng)緊固的難易程度也不一樣，這就導(dǎo)致了12條螺栓預(yù)緊力都可能不一樣，致使螺栓預(yù)緊力不均[2]。

 

　　3.4 新螺栓質(zhì)量問題

 

　　表2為新螺栓與原廠家螺栓化學(xué)成分對(duì)比，從表1可以看出，新螺栓與原廠家螺栓化學(xué)成分存在較大差別。且原廠家螺栓為非標(biāo)準(zhǔn)件，新螺栓外徑比原廠家螺栓小0.2mm，導(dǎo)致新螺桿螺紋與缸體栽絲、帶密封圈螺母的內(nèi)螺紋嚙合程度不如原廠家螺栓牢固。
 

 

　　4、處理措施

 

　　4.1 缸體與中體連接定位采用“過定位”

 

　　針對(duì)二級(jí)缸體與中體連接定位止口受力面過小、止口間隙大導(dǎo)致無法有效定位的情況，經(jīng)技術(shù)人員與檢修人員分析討論，決定在缸體與中體之間再加一層石棉墊（圖6），使缸體與中體連接定位呈“過定位”狀態(tài)，以此來保證缸體與中體有效定位。測(cè)量凸止口長度為6.20mm，凹止口深度為6.00mm，而密封銅墊厚度為2.00mm。則自由狀態(tài)下缸體與中體間隙為凸止口長度加上密封銅墊厚度，再減去凹止口深度為2.20mm。
 

 

　　為保證密封銅墊有足夠的預(yù)緊力，且新加石棉墊也要有一定預(yù)緊力。根據(jù)缸體與中體連接螺栓緊固到位后密封銅墊的壓縮量，將所加石棉墊厚度定為2.00mm。加裝石棉墊，并將缸體與中體連接螺栓緊固到位后用塞尺檢查缸體與中體間隙為1.80mm。表明銅墊與石棉墊都有預(yù)緊力，缸體與中體連接定位呈“過定位”狀態(tài)。

 

　　4.2 調(diào)整缸體與十字頭滑道同心度

 

　　由于二級(jí)缸體缸蓋處與十字頭滑道同心度存在0.08mm偏差，因此，對(duì)二級(jí)缸體出口緩沖罐基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整。原基礎(chǔ)為一個(gè)獨(dú)立支撐，無法對(duì)水平度作出精確調(diào)整。同時(shí)，獨(dú)立支撐與緩沖罐入口管線不在同一直線上，無法平衡氣缸排出氣體對(duì)緩沖罐產(chǎn)生的脈沖壓力（圖7），導(dǎo)致緩沖罐入口管線法蘭面水平度發(fā)生變化。
 

 

　　決定采取重新加裝一個(gè)環(huán)抱緩沖罐的固定基礎(chǔ)（圖8），通過調(diào)整二級(jí)缸體出口緩沖罐連接法蘭面水平度保證級(jí)缸體與十字滑道同心度，同時(shí)平衡氣缸排出氣體對(duì)緩沖罐產(chǎn)生的脈沖壓力。
 

 

　　4.3 螺栓預(yù)緊時(shí)保持均勻緊固

 

　　針對(duì)螺栓預(yù)緊力不均勻，采取對(duì)角螺栓同時(shí)緊固，且一邊緊固螺栓一邊用塞尺測(cè)量二級(jí)缸體與中體間隙，用調(diào)整二級(jí)缸體與中體圓周間隙一致的辦法來保證螺栓預(yù)緊力均勻。
 

　　4.4 更換連接螺栓為廠家原配螺栓

 

　　聯(lián)系壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家，將二級(jí)缸體與中體連接螺栓全部更換為廠家原配螺栓。

 

　　5、效果檢查

 

　　經(jīng)過這幾項(xiàng)處理措施實(shí)施后，活塞壓縮機(jī)啟動(dòng)后二級(jí)缸體振動(dòng)明顯減小，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量振速為5.0mm/s，運(yùn)行平穩(wěn)。解決了缸體與中體連接螺栓斷裂的隱患，保障了該設(shè)備的長周期穩(wěn)定運(yùn)行，降低了原料氣消耗，取得了顯著的節(jié)能降耗和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，通過對(duì)故障原因的分析與處理，也為解決同類型設(shè)備故障提供了很好的參考。

 

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 吳美超，周丹.壓縮機(jī)缸頭螺栓斷裂分析[J].氯堿工業(yè)，2014，（4 ）：33-35.

　　[2] 姜紅超.往復(fù)壓縮機(jī)螺栓斷裂與疲勞壽命分析[J].石油化工安全技術(shù)，2006，（6 ）：22-24.

　　[3] 王樹術(shù)，劉春艷.壓縮機(jī)缸頭螺栓斷裂原因分析及解決方法[J].煉油與化工，2006，（4 ）：39-41.

　　[4] 曾明星.6L2K壓縮機(jī)四級(jí)前氣缸連接螺栓斷裂原因分析與對(duì)策[J].流體機(jī)械，1999，（11）：36-38.

　　[5] 郭建平.加氫壓縮機(jī)氣缸蓋螺栓斷裂故障分析[J].機(jī)械，2008，（8 ）：75-77.

　　[6] 張敬忠，劉林，朱永華.4M45壓縮機(jī)缸頭螺栓斷裂原因分析及處理[J].化肥設(shè)計(jì)，2001，（5 ）：29-30.

　　[7] 周有石，高廣勝.往復(fù)式壓縮機(jī)螺栓斷裂分析[J].揚(yáng)子石油化工，2005，（4 ）：33-35.