天然气压缩机十字头磨损原因分析及解决对策

李云杰 冯定

摘要：研究了往复式天然气压缩机在涪陵页岩气开采工区产生十字头拉伤故障的原因，阐明十字头磨损产生的原因及解决对策， 为用户和压缩机生产商分析、解决十字头磨损问题提供参考。

关键词：压缩机;十字头磨损;解决对策

1 问题提出

涪陵页岩气田是中国首个大型页岩气田，截至2018年10月6日，涪陵页岩气田累计生产页岩气达200亿立方米。某国产天然气压缩机生产商以优质的产品，良好的售后维保服务，打动涪陵页岩气开采公司，2018年该生产商为用户提供了40余台天然气压缩机，实现天然气增产8000余万方。但是在2018年12月连续发生了四起十字头磨损故障，压缩机生产商高度重视此问题，迅速派经验丰富的技术团队到现场解决问题。往复式天然气压缩机产生十字头磨损的原因纷杂，各界人士意见不一。本文从5个方面剖析产生十字头磨损的原因，并提出了相应的解决对策，可为用户、生产商在分析、解决十字头磨损问题时提供参考。

2 十字头磨损原因分析

天然气压缩机的十字头与中体滑道构成滑动轴承，润滑油充当中间介质将十字头与滑道分隔开。本次压缩机出现十字头磨损主要是由于十字头与滑道间的油膜被破坏所造成的，往复压缩机的十字头与滑道之间不能形成良好的油膜，就会出现干摩擦，造成十字头磨损故障。轻则造成十字头局部表面的巴氏合金层过热、变色，重则会使巴氏合合金层磨损进而造成十字头拉伤、变形，引发严重事故。引起十字头磨损的原因是多方面的，现场实际应用表明，以下几方面是造成十字头磨损的主要原因。

2.1十字头本身质量原因

由于十字头本身质量问题造成磨损的因素主要有2个方面：（1）形位误差造成十字头和滑道之间的间隙不符合要求;（2）巴氏合金厚度不达标，在制造厂内进行主机跑合或空载试验时设备正常，当在现场加载运行或正常运行一段时间后，发生十字头磨损。

2.2 清洁度方面的原因

天然气压缩机主机组装环境要求密闭、恒温、清洁，但目前国内大多数天然气压缩机主机组装厂房还没有达到完全密闭、恒温、清洁的标准要求，因此清洁度很难得到保证。为了解决这一问题，该压缩机生产商采取在主机跑合之前先由主油泵泵油90分钟，用以冲洗清洁主机内部各处油道及间隙，这种做法经过数十年的验证，证明确实起到一定作用。

2.3 润滑方面的原因

⑴分配块给各注油点供油时，部分管路堵塞或阻力过大，会造成堵塞（阻力大）一路供油不足，甚至缺油，造成十字头磨损。⑵主油泵选型不合适，供油压力小，润滑油难以供到指定润滑位置，造成十字头与滑道干摩擦;或者油泵故障，没能及时停机，形成十字头磨损。⑶机油管路发生泄漏，油路系统压力下降，润滑油难以供到指定润滑位置，造成十字头磨损。⑷润滑油型号不合适，粘度低难以形成油膜。⑸润滑油不干净，有尘埃或其他异物进入压缩机，会破坏压缩机润滑，造成压缩机十字头磨损。

2.4 机体振动

机体振动达到一定幅度，会破坏十字头和滑道间形成稳定的液体摩擦，十字头往复运转时和滑道局部接触产生摩擦，导致十字头巴氏合金层减薄，出现磨损现象。由振动造成的十字头磨损，其合金层减薄的位置都位于与下滑道接触的部分。

2.5 加工组装原因

⑴中体加工不合格，滑道与中体定位止口同轴度超差，造成十字头往复运动时运动轨迹不统一，引发十字头磨损。⑵滑道表面粗糙度加工不合格，没有达到设计要求值，引发十字头磨损。⑶主机安装时活塞杆跳动检测不合格，造成十字头往复运动时运动轨迹不统一，引发十字头磨损。

3 解决对策

⑴故障发生后，生产商立即对同批次采购回厂剩余十字头和故障机组拆解下来的中体使用三坐标机床逐一进行复检，没有发现十字头存在形位公差超差，中体滑道同轴度、表面粗糙度超差情况。

⑵为验证十字头巴氏合金厚度是否达标，生产商又对同批次十字头合金层厚度进行检测，证明该批次十字头合金层厚度满足技术要求。

⑶生产商查阅内部质量资料，证实在此事件之前，未曾发生因为清洁度、油品型号不足造成十字头磨损的故障。

⑷在设计润滑油路时，由分配式注油器出来的每一油路应装有压力传感器，向控制系统反馈该油路的压力情况。同时优化管路布置，降低供油阻力，确保每个注油点正常供油。

⑸在进行机组安装时，应检查中体、气缸支撑垫片是否垫实，降低中体、气缸振动幅度，确保十字头往复运动轨迹统一。

4 案例

2018年12月，压缩机生产商服务人员连夜赶到涪陵页岩气现场进行维修。根据整改方案立即實施：⑴在注油分配块上增加2处取油孔，用油管分别直通十字头磨损位置，保证十字头供油正常;⑵将原有中体、气缸支撑脱开，重新调整垫片，控制支撑反弹量在合理范围值内，保证十字头、活塞往复运动轨迹一致性。整改措施实施后，机组供油正常运行良好，重新测量中体、气缸振动值均在0.2mm/s内。

5 结论

本文研究了往复式天然气压缩机产生十字头磨损故障的5个方面原因，详细阐述十字头磨损故障产生及解决对策。笔者认为，在保证零部质量的条件下，引起此次十字头磨损的主要因素是润滑油供油不足和中体、气缸支撑未能打实，造成十字头与中体滑道形成干摩擦，进而造成十字头拉伤。

参考文献：

[1]郁永章，孙嗣莹，陈洪俊.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]陈可坚.活塞式天然气压缩机使用与维护[M].北京：石油工业出版社.

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