往复式压缩机故障解析.pdf

石油和化工设备
56.■故障诊断
2015年第18卷
往复式压缩机故障解析
叶英奎
(中石化天津分公司化工部,天津300271)
[摘要]对4M-40系列往复压缩机连杆及连接螺栓断裂原因进行了分析,提出了相应的预防措施,以避免类似故障发生。
[关键词]往复压缩机;连杆;螺栓;断裂故障;分析
往复压缩机4M-40系列简介
机驱动,压缩介质分二级进行压缩,I级为低压
某装置氢气增压往复式压缩机(见图1),段,Ⅱ级为高压段。该往复式压缩机的型式为
型号为4M-40系列,是四列二级对称平衡型压缩级双作用、无油润滑,轴功率2283kw,转速300r/
机,1999年6月由沈阳气体压缩机厂制造。此系min,输送介质为H2(87%),传动方式采用刚性
列产品为引进德国博尔齐格公司的专有技术,电联轴节直接驱动。其工艺参数见表!。
表1氢气增压往复压缩机参数
气体温度(C)
入口流量(m3/mi
级数
气体压力(GPa
进口
出?
进口
出口
正常
最大
0.23
0.88
132
142.7
157
II
0.81
124
52.4
57.6
故障经过
该压缩机2013年4月9日经检
修重新安装后,运行至2013年8月
9日,驱动側第二列连杆、连杆
螺栓断裂并打碎机身滑道及十字
头
〔
1段
3故障分析
断裂的连杆用35号钢锻制而
段成,它由连杆体与连杄盖组成
两者通过两根由35 CRMOA材料制
成的连杄螺栓连接成一体,连杆
大头瓦为中分式,小头衬套为整
体式,与连杆小头孔过盈配合,
图1往复压缩机结构简图
其工作温度在50-60℃,安装时用
氢气增压机机组把重整反应产生的氢气,经110MPa的力拉伸到0.75±0.05mm,连杆螺栓规格
过压缩增压输送给联合裝置的预加氢单元、歧化为M48×3。对断裂连杆取样分析,其化学成分分
异构化单元使用,还有部分氢气经过压缩增压供析见表2,从分析结果看基本符合标准要求。
加氢裂化装置使用。该机组的稳定运行决定着其
它几套装置生产负荷的稳定性,是生产装置的关
作者简介:叶英奎(1978-),男,河北沧州人,2002年毕业于
键设备。
北京石油化工学院化工设备与机械专业,工学学士,工程师。现在
中石化天津分公司化工部设备科从事化工设备管理工作。
第2期
叶英奎往复压缩机故障解析
表2螺栓化学成分
(wt%)
试样
素
Mn
Si
S
P
Mo
1
0.36
0.49
0.22
0.008
0.014
0.82
0.16
0.31
0.43
0.25
0.
003
0.016
0.93
0.17
し30700.320.40040.70.1710.370.05050801.100.1502」
断口金相组织为索氏体,未见明显异常,见图2
图2断□金相组织
宏观检验发现,螺栓断裂于定位凸台圆滑过Φ38-39mm。断口表面肉眼未见明显疲劳条纹,
渡处,该部位处于大头瓦中分界面。断裂螺栓发但在20倍的体式显微镜下可见少数疲劳条纹,并
生约45°弯曲,螺母上有撞击痕迹,与螺栓弯曲明显可见机加工痕迹。初步分析认为事故源头应
方向一致,说明是由于螺栓先发生断裂并部分脱为连杆螺栓塑性拉伸变形后疲劳断裂产生的连锁
出螺孔后,螺母和螺栓端头与缸体内壁发生碰撞反应,详见图3-图7。
导致。断口有缩径现象,由外径Φ43mm缩减到
图3断裂螺栓及末使用的新螺栓
图4现场断裂部位
58-故障诊断
石油和化工设备
2015年第18卷
082013
图5一对断口
19082013
190a
图6断口边缘处已开裂的机加工痕迹(部位与图5对应)
断口存在明显的疲劳辉纹,疲劳裂纹源
处起源于机加工刀痕,随后疲劳裂纹进一步扩
展,当承受载荷超过材料的极限时,发生瞬间
断裂,瞬断断面存在明显韧窝,说明此瞬断属
于初性断裂,详见图8-图11。
螺栓断裂可能的原因有:
(1)连杆螺栓由于初始预紧力不够或假预紧
设计要求安装时用110MPa的力拉伸到
0.75土0.05mm,该螺栓安装时用110MPa的力预
拉伸到0.80mm,处于预拉伸伸长量的上极限。
设备运行一段时间后,预紧力逐渐丧失,进而
产生交变冲击载荷,达到材料屈服极限,导致
图7连杆定位台肩面锈蚀、磕伤严重
事故件产生塑性拉伸变形。假预紧可以由连杆
与连杆螺栓连接定位面存在的锈蚀、磕碰、划
伤等情况造成。
第2期
叶英奎往复压缩机故障解析
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图8裂纹源处疲劳辉纹
图9裂纹源附近疲劳辉纹
图10扩展区的疲劳辉纹
图11瞬断区的韧窝
(2)运行过程中长期存在循环氢气介质中带液
(2)加强对重要部件、备件的上机前、使用过
现象
程中的质量检查,适当增加无损检测项目,如着
介质带液造成运行过程中产生冲击、加大色、硬度、超声检测等,及时发现存在的缺陷。
载荷,达到材料屈服极限,导致产生塑性拉伸变控制螺栓的预拉伸量,避免其处于标准要求的上
形,加速螺栓断裂。
限
(3)零件表面粗糙度低,存在刀痕,加速疲劳
(3)对目前机组无曲轴箱在线振动监测探头的
断裂
问题,应尽快制定方案,恢复监测设施,为应急
螺栓本身的质量存在缺陷,造成正常使用过处置和状态分析提供依据。
程中容易在机加工痕迹等较大应力集中处萌生裂
(4)从生产工艺上进行调整,避免压缩机介质
纹并扩展发生疲劳断裂。
带液。
4预防措施
(1)适当加大机组定期维护检查频次,以不
◆参考文献
王福利主编.压缩机组M北京:中国石化出版社,2007
高于检修规程所规定的大中小修周期为限,并将[2]石油化工设备维护检修规程第三册《化工设备》北京:
中、大修中的重点检査项目与日常小修和维护检
中国石化出版社,2004.
查工作紧密结合。
收稿日期:2014-11-03:修回日期:2015-01-16