【乐虎集团的官方网站 】一、往复式nianxiangyuan 的工作原理及结构

 

　　因往复式nianxiangyuan 具有使用压力范围广、热效率高，单位耗能少、排气范围广、对材料要求低、技术成熟，生产经验丰富、装置系统简单等优点，广泛应用于各个行业。尤其在石油炼化行业，往复nianxiangyuan 得到广泛的应用，其作为炼化装置的核心设备，其长周期、安全、平稳运行是炼化装置长周期、安全生产运行的关键。特别是往复式活塞式nianxiangyuan 在石油化工生产中、高压及超高压，低流量范畴内，仍然占据着难以替代的重要位置，加上我国设计水平和加工质量不断提高，近年来国产活塞式nianxiangyuan 也得到了广泛的使用。如表1是活塞式nianxiangyuan 在石油化工生产中的应用示例。

 

　　1、往复式nianxiangyuan 工作原理

 

　　往复式nianxiangyuan 属于容积式nianxiangyuan ，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的nianxiangyuan 。其由曲轴带动连杆，连杆带动活塞，活塞做往复运动，活塞运动使气缸内的容积发生变化，气缸内的压缩气体的工作过程可分成膨胀、吸入、压缩和排气四个过程。当曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时气体即沿着进气管推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到z*大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。

 

　　2、往复式nianxiangyuan 的结构

 

　　往复式nianxiangyuan 是容积式nianxiangyuan 的一种，其主要部件包括气缸、曲柄连杆机构、活塞组件、填料（也就是nianxiangyuan 的密封件）、气阀、机身与基础、管线及附属的设备等。

 

　　1）气缸：气缸是nianxiangyuan 主要零部件之一，应有良好的表面以利于润滑和耐磨，还应具有良好的导热性，以便于使摩擦产生的热能以z*快的速度散发出去；还要有足够大的气流通道面积及气阀安装面积，使阀腔容积达到恰好能降低气流的压力脉动幅度，以保证气阀正常工作并降低功耗。余隙容积应小些，以提高nianxiangyuan 的效率。

 

　　2）曲柄连杆机构：该机构包括十字头、连杆、曲轴、滑导等——它是主要的运转和传动部件件，将电机的圆周运动经连杆转化为活塞的往复运动，同时它也是主要的受力部件。

 

　　3）活塞组件：主要有活塞头、活塞环、托瓦和活塞杆。活塞的形状和尺寸与气缸有密切关系，分为双作用和单作用活塞。活塞环用以密封气缸内的高压气体，防止其从活塞和气缸之间的间隙泄漏。托瓦的作用顾名思义是起支撑活塞的作用，所以托瓦也是易损件，托瓦材质的好坏也直接影响nianxiangyuan 的使用寿命。

 

　　4）填料：活塞杆填料主要用于密封气缸内座与活塞杆之间的间隙，阻止气体沿活塞杆径向泄漏。填料环的制造及安装涉及“三个间隙”。分别为轴向间隙（保证填料环在环槽内能自由浮动），径向间隙（防止由于活塞杆的下沉使填料环受压造成变形或者损坏）和切向间隙（用于补偿填料环的磨损）。目前平面填料多为“三六瓣型”和“切向切口三瓣型”。

 

　　5）气阀：是nianxiangyuan z*主要的组件，同时也是z*容易损坏的零件。其设计的好坏会直接影响到nianxiangyuan 的排气量、功耗及运转可靠性。好的气阀应具有以下特点：高效节能（占轴功率的3%～7%），气密性与动作及时性完美结合，寿命长（一般实际寿命8000h），形成的余隙容积小，噪音低，温升小，可翻新使用。气阀的材质分为金属和非金属，就目前的情况看，非金属材料阀片的应用越来越广泛。

 

　　6）管线和附属设备：nianxiangyuan 的管路和出入缓冲器的设计是否合理，将直接影响机组的振动情况。
 

 

　　二、往复nianxiangyuan 的故障分析

 

　　往复nianxiangyuan 的故障大多发生在吸气阀、活塞环、填料以及管路等部件上。

 

　　1、气阀常见故障及分析

 

　　（1）吸气阀泄漏或者密封垫片损坏

 

　　吸气阀泄漏或者密封垫片损坏主要表现为：

 

　　①　温升高，阀盖发热；

 

　　②　对应的排气阀温度升高；

 

　　③　阀所在级与前一级间压力升高；

 

　　④　nianxiangyuan 排气量下降；

 

　　⑤　进气温度升高。

 

　　气体经过压缩后温度上升，吸气阀泄漏或者密封垫片损坏后，高温气体返回进气腔，造成阀温升高，进气温度上升，从而再次被压缩后排气温度升高。另外，压缩后的气体回流造成前面压力升高，压力越升高排气量下降就越多。

 

　　（2）排气阀泄漏或密封垫垫片损坏

 

　　排气阀泄漏或者密封垫片损坏主要表现为：

 

　　①　排气阀温度升高，阀片发热；

 

　　②　排气压力下降；

 

　　③　nianxiangyuan 排气量下降。

 

　　由于排气阀泄漏或者密封垫片损坏。在气缸吸气过程中，部分压缩后的高温高压气体回流至气缸使混合气体温度升高，再次被压缩后温度更高，回流还会造成流量下降，排气压力下降。

 

　　（2）负荷调节机构卡涩

 

　　负荷调节机构卡涩主要表现为：

 

　　①　负荷调节指示器不动作；

 

　　②　对应的进气阀温度升高，阀盖发热；

 

　　③　对应的排气阀温升高；

 

　　④　阀所在级与前一级间压力升高；

 

　　⑤　nianxiangyuan 排气量下降；

 

　　⑥　进气温度升高。

 

　　负荷调节机构如果卡在泄荷的位置会造成吸气阀泄漏；如果卡在加载位置上则会造成nianxiangyuan 负载启动，影响传动部件的使用寿命。

 

　　2、填料常见故障

 

　　活塞杆与填料摩擦磨损严重。填料中有粉状沉积物。填料环箍紧，弹簧失弹或断裂。造成密封失效故障，这也是密封失效的主要原因。

 

　　（1）工艺介质夹带颗粒物

 

　　现场检查有时会发现在nianxiangyuan 气缸及填料密封腔体中有大量沉积物。这些沉积物是由工艺介质夹带过来的微细固体粉尘或结焦的碳粒组成，其硬度往往很高。其在密封腔处的沉积必然会造成密封填料严重的磨损，从而大大缩短填料密封环及活塞杆的使用寿命。通过调整工艺使nianxiangyuan 参数达到设计要求，必要时可加气固分离器分离掉这些颗粒杂物，就可避免气缸与活塞环、活塞杆与填料摩擦副之间的颗粒磨损。

 

　　（2）活塞杆组合密封环紧箍力过大或弹簧失弹

 

　　往复式nianxiangyuan 活塞杆与填料密封处于相对运动状态，填料环通过抱紧活塞杆来实现对介质的密封，填料环的抱紧力由弹簧及环径向压差来实现。显然，弹簧的紧箍力越大，填料对活塞杆的抱紧力就越大，活塞杆与填料环的相对摩擦就会越严重，摩擦产生的热量就越多，从而造成填料环使用初期温升非常高，磨损特别厉害。由于填料环常用填充聚四氟乙烯制成，其热膨胀系数较大，初始阶段产生的摩擦热量若不能被及时带走，填料环热膨胀变形大，加上填料环弹簧紧箍力大，摩擦磨损加剧，形成恶性循环。经过短短几天的剧烈磨损，当填料对活塞杆的抱紧力趋于减小即摩擦力减小时填料环与活塞杆之间的缝隙增大，介质泄漏量增加，z*终密封失效。

 

　　解决办法：在总体结构不变的前提下，更换活塞密封环调整活塞密封环与缸体之间的间隙或采用具有自润滑性能，耐磨性能更好的材料制作活塞环和填料环，再者可适当降低弹簧紧箍力，设计引入间隙密封。弹簧的失弹大多是由于弹簧疲劳所导致，弹簧质量问题只占少数情况，只能更换质量好些的弹簧。

 

　　（3）填料密封盒冷却水流量偏小

 

　　填料密封盒部位的温升主要是由于填料环与活塞杆剧烈摩擦引起的，这些摩擦热应被及时带走。实际上，由于填料密封盒用水与缸套用水基本都采用并联形式，填料密封处的压降大，因而导致填料盒冷却水流量不够，摩擦热不能被及时带走，影响了填料的正常使用寿命。因此，应适当增大循环水压力及流量以使循环水及时带走活塞杆与填料环摩擦产生的热量。控制填料密封盒处的温度不大于60℃。

 

　　3、活塞环常见故障及分析

 

　　活塞环常见的故障有：

 

　　①　活塞环断裂；

 

　　②　活塞环涨死，失去弹性，不能膨胀；

 

　　③　活塞环过度磨损，间隙增大。

 

　　活塞环不能起到密封作用的主要表现形式为：

 

　　①　该级排气温度升高；

 

　　②　该级排气压力降低；

 

　　③　nianxiangyuan 排气量下降。

 

　　对于双作用往复nianxiangyuan ，即气缸内一侧在压缩时，另一侧在吸气，当活塞环损坏或者涨死时，不能起到密封作用，使得盖侧或轴侧被压缩的高压高温气体通过活塞环窜入轴侧（或盖侧）低温低压气体中。与吸入的低压温气体混合，混合之后气体温度升高，又由于压缩气体通过活塞环互窜，使该级的排气压力下降，nianxiangyuan 的排气也随之下降。

 

　　4、管路振动

 

　　（1）管路振动的原因

 

 

　　引起往复nianxiangyuan 及其管线振动的原因主要有两类：

 

　　1）由机组振动的不平衡基础设计不当而引起。nianxiangyuan 在组装过程中由于技术或质量问题造成机组装配误差大，引起机组的平衡恶化产生振动。nianxiangyuan 基础质量太小也可引起nianxiangyuan 本体振动。

 

　　2）由管线内气流脉动引起活塞式nianxiangyuan 吸气和排气的间隙变化，可使气体产生脉动——nianxiangyuan 管线内充满气体时形成气柱。该气柱是一个有连续质量的弹性振动系统，受到一定工况条件的诱导就会发生振动——在机组管系的弯头处气体运动方向会发生改变，从而使管线受到气体冲击力的作用。系统管线弯头太多、管线受到的冲击力就会很大。如果弯头处缺少固定支点，将会产生剧烈振动。当流体稳定流动时，管线不产生振动；但当流体运动方向在管线断面突变处变化时，流体速度发生变化，导致管线受力改变——使管线内局部压力变化，产生一定的脉动，诱发振动。如果管内有脉动存在，则管线内各部分的压力不同，也会形成振源。由于管系内弯头较多，流体在管线内不断地改变流动方向，对管线形成冲击；并且流体自身的状态也发生变化——这些变化诱发的振动，其频率与管系固有频率重合时，则产生共振。

 

　　（2）采取的措施

 

　　消除共振z*基本的方法是将气流脉动压力减小，并将其固定在允许的z*小值之内，使激发频率不等于管路固有频率。具体方法有：

 

　　①在紧靠nianxiangyuan 每一级出入口处各设置一个缓冲罐，改变管系的气柱固有频率，破坏振源与管系振动频率的重合，并可降低气流脉动的幅值。但是缓冲罐容积设计不好也会引起振动，经验表明其应该比气缸行程容积大10倍，且尽量靠近气缸；

 

　　②在管系的适当位置，特别是管线的弯头处增设固定支撑，并在管线与支点间加垫硬橡胶板以改变支撑弹性并改变管系的振动频率；

 

　　③在管线的适当位置增设孔板，以改变管系的振动频率，用孔板减振会伴有较大阻力损失，因此只用于已发生共振且无法改变截面的情况，其作用远不及缓冲罐的作用。

 

　　5、撞缸

 

　　撞缸是往复机组的重大恶性事故，主要表现为缸体内发生巨大的撞击声，严重时导致机组多处损坏，如缸盖撞飞，大小头瓦断裂甚至发生爆炸。撞缸分为液击和金属撞击两种，液击声音比金属撞击声要沉闷一些，但是后果一样严重。防范措施主要是规范日常操作防止大量带液；加强巡检，发现异常声音及时排查。

 

　　三、典型案例

 

　　某石化公司加氢装置循环氢nianxiangyuan C-2001A机组在生产运行中发现左右气缸排气温度高报警，左气缸排气温度110℃、左右气缸排气温度109℃，且温度趋势不断上升，排气量也不断降低，为了满足生产需要及安全生产，z*后被迫用停机切换备用机组。

 

　　从检修的情况看，造成这次nianxiangyuan 排气温度高故障的主要原因是气阀故障，气阀泄漏或损坏串气。主要表现为阀片、阀座上堆积较多的催化剂粉尘、油泥、积碳较多，导致气阀阀片、弹簧腐蚀，阀片、弹簧断裂严重，同时机组带液，形成液击，阀座液击断裂。从而导致气阀故障致机组在生产运行过程中出现排气温度高，排气量降低。根据检修的情况分析，及结合机组实际的运行工况，造成循环氢nianxiangyuan 气阀故障原因为：

 

　　1）装置加工高硫油，循环氢中H2S含量高（在装置生产过程中对循环氢定期取样分析，循环氢H2S含量在10000-15000ppm），循环氢高浓度的H2S加速气阀弹簧、阀片腐蚀断裂。对气阀进行拆检发现进气阀弹簧断裂、阀体内积累较多杂质、阀片断裂等。

 

　　2）循环氢中携带的催化剂粉尘较多。催化剂粉尘会积聚在气阀阀片、阀座上形成油泥、积碳，堵塞气阀的流通面积，影响阀片的启闭，阀片弹簧受力不均，长期处在较高的交变应力工况下工作，容易造成阀片、弹簧断裂。

 

　　3)介质循环氢气中夹带液体组分。生产上循环氢气虽然经过循环氢分液罐进行分离，但仍带有少量较轻的液体组分，同时生产上的操作波动将会使液体组分进一步增加。从而使nianxiangyuan 吸入的氢气带液，对气缸及气阀产生液击。机组在生产运行过程中带液运行，形成液击，极易造成气阀阀片、弹簧、阀座损坏或断裂，导致气阀故障，同时因液体难压缩，机组带液运行存在严重的安全隐患。

 

　　四、往复式nianxiangyuan 的日常维护

 

　　要保证往复nianxiangyuan 长周期地安全运行，应该特别注重日常的维护保养。s*先必须清楚nianxiangyuan 产生故障的原因，特别密切注意nianxiangyuan 各零部件的异常和振动情况，严格规范操作；其次，进行故障跟踪，加强状态监测和检修管理，以掌握故障的诊治方法。

 

　　具体到日常操作应注意以下几点：

 

　　1.加强对润滑油的监控，定期对润滑油进行指标分析。及时置换不合格油品；尽量将油压、油温、油位控制在允许范围内。

 

　　2.对有负荷调节器的机组要注意备用机组负荷调节器的完好，定期活动，以保证负荷调节器灵活好用。否则，nianxiangyuan 如在泄荷状态下开机将直接导致压力超高，安全阀起跳。

 

　　3.重视盘车。定期做好备用机组的盘车，z*好是在开启润滑油泵之前盘车，在开机前的盘车就更为重要了。日常盘车至少一周一次，这样可以提前预知机组的异常状况，避免发生低级错误。

 

　　4.往复nianxiangyuan 一级入口和级间不可避免地会带液。但是这些液体一定要及时排掉，防止气缸大量积液，造成液击。有时大量带液会使入口过滤器差压升高，此时应及时清理堵塞的过滤器。

 

　　5.冷却的好坏关系到零部件的寿命。机组的长周期运行，对工艺介质、气缸、填料、润滑油的冷却要密切注意，防止超温。

 

　　6.对于nianxiangyuan 的检修质量，一定要按照检修规程要求检验。如活塞杆锁紧螺母要切实达到额定的力矩；大头瓦紧固螺栓不可超出额定力矩太多，防止螺栓塑性变形或者疲劳破坏，并记录好每次的螺栓长度以作为今后参考。

 

　　五、结语

 

　　为了确保nianxiangyuan 组的长周期、安全平稳的生产运行，应加强公司级的大型机组的特护工作，岗位操作人员要严格按照设备安全操作规程操作。车间班组、维保人员及专业技术人员做到日、周、月度及年度的日常和定期维护保养及检维修工作。加强车间班组、维保人员及专业技术人员的机组特护工作，落实到责任人，定时定点进行机组的巡检点检工作，及时发现机组在运行过程中的隐患，确保机组的安全运行。岗位操作人员要严格按照设备安全操作规程进行操作，严禁违规操作。同时熟练掌握往复式nianxiangyuan 常见故障原因，及快速判断和解决故障，加强机组的运行、维护管理，只有这样坚持科学的管理，才能降低设备故障率，才能降低设备维修和管理成本，确保设备的安全运行，提高企业的经济效益。

 

　　作者简介

　　石芝锋 ，男，本科学士，中级工程师,过程装备与控制工程专业。在石油化工及燃气行业从事设备专业技术管理工作近8年，现在炼厂加氢装置从事设备专业技术管理工作，任设备主管和设备工程师。