摘要：通过对天然气压缩机活塞和气阀损坏原因的分析，找出故障的解决对策。
关键词：活塞；气阀；故障分析
引言
中油国际有限责任公司某国采油厂所使用的2台天然气压缩机组由北京杰利阳能源设备制造有限公司成撬，其天然气压缩机主机由美国GE公司提供，型号为WH72,是为满足连续、重型载荷的要求设计的，目前天然气压缩机为电站5台Solar机组提供燃料。天然气压缩机提供增压动力，通过两级压缩将0.25MPa的天然气增压到3.5MPa。自装置投产以后压缩机I级活塞频繁损坏，I级进、排气阀阀片和垫片频繁碎裂，活塞使用寿命不到500h，严重影响了压缩机的安全运行和装置的正常生产。本文通过对造成压缩机活塞及气阀故障的原因进行分析，给出相应的解决对策。
1 机组故障情况
2017年以来，2台压缩机经常出现活塞损坏的现象。2018年共进行了7次压缩机的检修（见表1），但压缩机运行状态不稳定，出现问题最多的一级气阀阀片碎裂和一级活塞损坏。
表1 压缩机A和B检修情况
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1．1 压缩机一级活塞和气阀阀片简介
天然气压缩机I级活塞是由三部分组成，两侧为中空铝合金件，表面渗氮特氟隆处理，中间为钢锻件，通过活塞连接螺栓连成一个整体（见图1）。一级进排气阀阀片材料为聚醚醚酮（PEEK），由四圈阀片组成。
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图2 气阀结构
1.2 活塞、气阀阀片和垫片故障分析
(1) I级活塞设计有缺陷
I级活塞铝合金锻件外侧（见图3）和中间体均有回压平衡孔（见图4），但是两台压缩机损坏之初均未有设计，在压缩机往复运动过程中，活塞内外形成压力差，导致活塞损坏；活塞加工存在缺陷，I级活塞铝合金锻件和中间体组合在一起时，存在径向移动量，不能严丝合缝，人工安装不能保证3瓣活塞在同一水平面上，故造成活塞易损坏。
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图4 活塞中间体回压平衡孔
(2) 气阀阀片
气阀阀片易于受力不均而碎裂，堵塞级间分液罐排污管线，气阀弹簧力与气体力匹配的不合适，弹簧过硬，从拆卸一级进排气阀阀片上的压痕可以看出（见下图5），进排气阀阀片上均有很深的压痕，气阀未设有弹簧片，使得弹簧直接接触阀片，易造成阀片损坏。
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图5 一级进排气阀阀片损坏情况
(3) 气阀垫片
气阀垫片易碎裂（见图6），经拆卸测量，发现一级气阀的压阀罩的设计尺寸过大，未压紧气阀造成气阀随着压缩机的往复过程，敲打垫片，造成垫片易损坏，随即对压阀罩进行切削加工。
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图6 损坏的气阀垫片
2 活塞整改的对策
运行气体中带有液体，活塞和活塞杆连接安装的预紧力，都对活塞造成影响，针对于影响压缩机活塞等使用寿命的几个问题， 我们采取了以下的对策：
2．1 改进I级活塞结构
由于运行气体中带液无法从根本上解决，暂时决定改变活塞尺寸，原尺寸活塞无法满足现有工况，无法保证设备长周期平稳运行，必须对GE原装活塞进行加工，缩短10mm。通过缩短活塞的尺寸，来增加活塞与气缸的止点间隙，提高气缸对气体中液体的容忍性，相同量的液体进入气缸后，在压缩止点形成的液体面积和压力均大大减小，使机能够稳定运行。
活塞加工方法如下：
①活塞两端件的四周止口面的端面车掉5.0mm。
②加工止口面的台阶，台阶深度5mm。
③活塞两端件的中间锥面的端面车掉4.6～4.7mm。
活塞安装要求：
将加工完成后的2个活塞两端件与活塞中间体、活塞杆进行组装，并按标准力矩拧紧螺母。将活塞安装进气缸时，由于活塞被缩短，为了防止活塞在运行时活塞环到气阀孔位置，安装时活塞两端的止点间隙不能按照标准的1：2进行分配。加工后活塞两端总间隙约14mm，两端的止点间隙按照1：1进行分配安装。
2．2 加装压缩机撬外回流线
每次拆卸发现一级缸带液，通过对现场工况的分析，导致一级气缸严重带液的原因有以下几点：
基础设计文件压缩机工艺进气温度30℃，详细设计为 30-36℃，实际井口油气混合介质温度最高超过60℃，经过流程分离出的天然气进入压缩机的实际温度最高达 56℃。进口温度较高造成入口天然气中饱和烃含量较高。
压缩机的设计处理量为7600Nm3/h，而实际生产气量为2500-5000Nm3/h，压缩机在运行时需要回流气补充。而经撬内泄压阀后的回流气（25-30℃）与进口气温差较大，混合后形成小液滴冷凝液，超出一级分离器处理能力，造成一级压缩机入口含液。从而进入一级气缸产生液击现象，严重时导致汽缸内重要部件的损坏。
为了减少一级分离器内的冷凝液产生，从根本解决积液产生的问题，经过讨论与沟通，决定在压缩机撬外出入口间新建一条回流管线，通过撬外回流线来补充进口气量不足的现象。回流气体与工艺气混合冷凝后，先进入到低压洗涤撬分离（由于洗涤罐容积 21m3，分离能力远远大于压缩机一级洗涤罐），然后再进入压缩机一级洗涤罐，经过两级分离后的游离态的水和轻烃含量大大降低，也使进气温度接近设计温度，从而使压缩机能够安全运行。
2．3 其他操作措施
降低压缩机的出口压力，按照原始设计压缩机出口压力为3.5MPa，实际操作压力为3.0MPa也能满足Solar发电机的正常工作；降低压缩机并用的时间（正常切换或其他操作需要同时运行时），避免压缩机撬内回流线调节阀的开启。
2．4 运行和维护中注意事项
我们在运行和维护中，保证气缸润滑油量的充分、活塞和活塞杆安装时应有合适的预紧力(最好用力矩扳手)、活塞底部间隙和顶部间隙合适、定期测量活塞跑偏，以及定期对活塞及连接部分探伤等措施，对于保证压缩机活塞运行可靠也起了重要的作用。
3 结束语
通过对压缩机活塞存在的问题分析研究，在工艺设备的改进以及运行维护上所作的工作，大大延长了压缩机活塞的使用寿命，提高了机组运行的可靠性，为装置的安全平稳运行提供了保障。