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[摘 要]往复式压缩机以其简单的结构、成熟的技术在天然气加工、输送领域有着广泛的应用，其工作的可靠性、安全性对保障油田生产安全平稳运行具有重要意义。文中介绍了往复式压缩机的工作原理，系统分析了发生零部件机械故障、动力性能故障、振动异常的原因，为切实做好故障诊断提供参考。
[关键词]往复式天然气压缩机；零部件故障；动力性能故障；振动异常
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0026-01
前言：
在石油工业中，往复式压缩机得到了广泛的应用。天然气压缩机是提升压力的设备，由于往复式压缩机增压范围广、效率高等优点，以致在石油的开采和天然气的处理方面都不可或缺。为了满足天然气的增压脱水、脱硫分离、减压膨胀制冷等工艺要求，必须将原料气压力提高到工艺设计要求。所以天然气压缩机组是用于原油开采、天然气处理和增压集输等工艺的重要技术设备。
1 往复式压缩机工作原理
往复式压缩机组结构上分为三大部分：发动机、曲轴箱和压缩机。发动机提供动力通过曲轴传递给压缩机。发动机是由四缸二冲程内燃机组成，主要零部件有缸体、火花塞、燃气注气阀、活塞、活塞环、活塞杆、刮油环、十字头动力连杆等等。空气经空气阀道进入缸体和燃气注气阀喷射的燃气混合，当活塞运动临近上死点位置时，火花塞电子打火，空气和燃气的混合气爆燃推动活塞向曲轴箱运动。压缩机分为一级压缩和二级压缩，主要零部件有压缩连杆、十字头、刮油环、填料密封环、活塞等等。曲轴旋转带动活塞往复运动，当进气阀打开时，工艺气被吸入压缩缸。活塞继续前进，进气阀关闭，活塞压缩石油气体。当压力达到 0.8MPa 左右，排气阀打开，工艺气进入二级压缩缸。第二级压缩过程和第一级压缩过程原理一样，最终气体压力达到要求后，进入后续工艺流程。
2 往复式天然气压缩机主要零部件的机械故障及分析
2.1氣阀故障分析
（1）阀片损坏。气阀在开启或关闭时，频繁撞击阀座，产生撞击载荷和交变载荷，使阀片容易疲劳断裂。并且阀片在运动时与导向块工作面产生的摩擦磨损，导致阀片强度降低，使用寿命缩短，阀片卡死损坏。
（2）气阀弹簧损坏。阀片在开启或关闭时，弹簧变形，承受交变循环载荷并且磨损降低弹簧强度，最终会引起疲劳损坏。工艺气中含有的硫化物对弹簧材料进行腐蚀，引起应力集中；弹簧材料达不到要求，处理工艺有缺陷，这些都会导致弹簧伸缩时断裂。
（3）气阀漏气。阀座的螺栓没安装到位或气缸与阀座之间的铝垫变形，密封不严，导致气阀漏气。阀片弹簧预压缩量不足，阀片和阀道接触力不够，导致气阀出现漏气。
2.2活塞环故障分析
活塞环也是往复式压缩机易损坏的部件之一，其作用是阻止气体外泄，与气缸形成压缩容积。活塞环常见故障有：活塞环断裂；活塞环涨死；失去弹性，不能自由膨胀。当活塞环发生故障时，其故障表象包括：本级排气温度过高，本级排气压力过低和压缩机排气量降低。
2.3活塞杆故障分析
往复式压缩机的活塞杆断裂事故也比较常见。活塞杆发生断裂的地方多数是在活塞与十字头的连接处。活塞杆的材质、热处理问题（存在粗晶和塑性不符合要求）或加工质量问题（活塞杆跳动量过大），使活塞杆在往复运动容易疲劳损坏。
2.4曲轴故障分析
曲轴是压缩机中传递动力的重要部件。曲轴断裂将使曲轴箱、连杆、十字头或活塞等发生一系列连锁性破坏。曲轴故障多数发生在拐臂处断裂，因为轴颈与曲拐过渡圆是最严重的应力集中点，该处最容易发生疲劳断裂。如果过渡圆角不圆，表面粗糙，此处易产生裂纹而断裂。除此之外，紧急停车产生的剧烈冲击，安装不正确，轴瓦在曲轴上装配不良等原因也会导致曲轴磨损加大，直至报废。
3 往复式天然气压缩机动力性能故障及分析
3.1压力异常故障
压力异常包括：一级吸气压力低，二级吸气压力低，一级吸气压力高，排气压力低，排气压力高和压力不稳定等。造成压力异常原因有：①吸气阀片升程量过小使气流通道面积减少，工艺气通过吸气阀的瞬时流量降低，从而导致一级吸入压力过低，还有工艺流程导致供气量不足，也会导致吸入压力过低；②当一级压缩过程中，产生机械故障后，气体经一级压缩后，压力达不到标准，导致二级吸入压力过低；③由于二级压缩出现故障，导致二级高压气体窜入一级压缩缸。工艺气量压力波动大，进气量增大，导致吸气压力高；④排气压力高当二级吸气压力偏高，压力比不变的情况下，二级压缩的气体必然压力偏高；⑤压力不稳定当吸入压力波动过大，从而影响到整个机组的排气压力，还有气阀启动或关闭不及时，高压气体将会窜入低压缸内，导致压力不稳定。
3.2 温度异常故障
温度异常包括压缩机吸、排气温度过高，气缸、轴承、活塞杆、机体等各部件过热。吸、排气温度过高属于介质在压缩过程中状态不正常产生的，会导致气缸、阀门积炭、磨损和零部件变形、损坏。各部件过热的原因是摩擦发热过大或者摩擦副润滑、冷却不到位等。摩擦过热情况可引起两种后果：在较高温度下使摩擦副加快磨损；热量不断积聚，直至烧毁摩擦表面，酿成重大事故。
3.3 润滑油系统故障
润滑油系统故障主要有：①润滑油压力低。当润滑油泵出现机械故障或储罐油位太低不能吸入，润滑油不能增压，导致润滑油压力偏低。如果润滑油泵过滤器堵塞或者润滑油管线漏油，油回流到油池，油压降低；②润滑油温度高。运动部件配合不良，间隙过小或配合表面质量不好，摩擦阻力大导致发热量大，油温升高；③润滑油不足。吸油过滤网堵塞或油管堵塞时，吸入的油量较少，润滑油出现不足现象。当注油器柱塞与柱塞孔磨损或注油器上的逆阀不严密，润滑油产生泄露，供油量会过少。
4 往复式天然气压缩机振动异常分析
4.1气缸异常振动
气缸与基础固定不牢固，运行时振动加剧形成异常振动。安装和检修时气缸余隙容积留得过小，气缸盖与活塞的前后死点间隙过小，产生直接碰撞。缸润滑油过多或过少，都会引起气缸产生不正常响声。过多的润滑油产生油垢，油量过少又会引起拉缸使气缸磨损。安装时由于曲轴与气缸轴线不垂直，连杆、十字头、活塞，与气缸中心线不重合，误差超过允许值，在压缩机运转过程中也会使气缸产生振动。
4.2运动机构异常振动
压缩机运转中，由于曲轴箱内曲轴瓦螺栓、连杆螺栓、十字头螺栓等松动、折断、脱扣等引起曲轴箱内的异常振动。连杆大头与连杆瓦之间的配合间隙过大，压缩机部件在运动中磨损、松动，都会引起曲轴箱内产生异常振动。于压缩机十字头销与十字头、活塞销与活塞销座之间的链接松动或磨损，造成异常振动。
4.3 吸、排气阀振动
吸、排气阀的阀片材质不达标，疲劳断裂、磨损断裂后，卡在空气阀道中或掉落与气缸内，产生异常振动。气阀弹簧断裂，阀片对阀座和升程限制器的冲击载荷增大，产生异常振动。阀盖安装不平或螺栓紧固力不够，导致漏气，产生异常振动。
5 结束语
往复式天然气压缩机组的结构复杂，零部件多，机构之间联系紧密，某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，导致整个装置停工，造成很大的经济损失，甚至危害人身安全。因此，需要不断提高机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性，以提升系统效率和降低能耗，确保生产安全、平稳运行。
参考文献
[1] 巩文科.压缩机故障诊断专家系统的研究与实现[D].西安市：西安理工大学，2006-6：4～5
[2] 王发辉，刘秀芳，程艳霞.往复式压缩机故障诊断研究现状与展望[J]. 压缩机技术，2007，（2）：46～47
[关键词]往复式天然气压缩机；零部件故障；动力性能故障；振动异常
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0026-01
前言：
在石油工业中，往复式压缩机得到了广泛的应用。天然气压缩机是提升压力的设备，由于往复式压缩机增压范围广、效率高等优点，以致在石油的开采和天然气的处理方面都不可或缺。为了满足天然气的增压脱水、脱硫分离、减压膨胀制冷等工艺要求，必须将原料气压力提高到工艺设计要求。所以天然气压缩机组是用于原油开采、天然气处理和增压集输等工艺的重要技术设备。
1 往复式压缩机工作原理
往复式压缩机组结构上分为三大部分：发动机、曲轴箱和压缩机。发动机提供动力通过曲轴传递给压缩机。发动机是由四缸二冲程内燃机组成，主要零部件有缸体、火花塞、燃气注气阀、活塞、活塞环、活塞杆、刮油环、十字头动力连杆等等。空气经空气阀道进入缸体和燃气注气阀喷射的燃气混合，当活塞运动临近上死点位置时，火花塞电子打火，空气和燃气的混合气爆燃推动活塞向曲轴箱运动。压缩机分为一级压缩和二级压缩，主要零部件有压缩连杆、十字头、刮油环、填料密封环、活塞等等。曲轴旋转带动活塞往复运动，当进气阀打开时，工艺气被吸入压缩缸。活塞继续前进，进气阀关闭，活塞压缩石油气体。当压力达到 0.8MPa 左右，排气阀打开，工艺气进入二级压缩缸。第二级压缩过程和第一级压缩过程原理一样，最终气体压力达到要求后，进入后续工艺流程。
2 往复式天然气压缩机主要零部件的机械故障及分析
2.1氣阀故障分析
（1）阀片损坏。气阀在开启或关闭时，频繁撞击阀座，产生撞击载荷和交变载荷，使阀片容易疲劳断裂。并且阀片在运动时与导向块工作面产生的摩擦磨损，导致阀片强度降低，使用寿命缩短，阀片卡死损坏。
（2）气阀弹簧损坏。阀片在开启或关闭时，弹簧变形，承受交变循环载荷并且磨损降低弹簧强度，最终会引起疲劳损坏。工艺气中含有的硫化物对弹簧材料进行腐蚀，引起应力集中；弹簧材料达不到要求，处理工艺有缺陷，这些都会导致弹簧伸缩时断裂。
（3）气阀漏气。阀座的螺栓没安装到位或气缸与阀座之间的铝垫变形，密封不严，导致气阀漏气。阀片弹簧预压缩量不足，阀片和阀道接触力不够，导致气阀出现漏气。
2.2活塞环故障分析
活塞环也是往复式压缩机易损坏的部件之一，其作用是阻止气体外泄，与气缸形成压缩容积。活塞环常见故障有：活塞环断裂；活塞环涨死；失去弹性，不能自由膨胀。当活塞环发生故障时，其故障表象包括：本级排气温度过高，本级排气压力过低和压缩机排气量降低。
2.3活塞杆故障分析
往复式压缩机的活塞杆断裂事故也比较常见。活塞杆发生断裂的地方多数是在活塞与十字头的连接处。活塞杆的材质、热处理问题（存在粗晶和塑性不符合要求）或加工质量问题（活塞杆跳动量过大），使活塞杆在往复运动容易疲劳损坏。
2.4曲轴故障分析
曲轴是压缩机中传递动力的重要部件。曲轴断裂将使曲轴箱、连杆、十字头或活塞等发生一系列连锁性破坏。曲轴故障多数发生在拐臂处断裂，因为轴颈与曲拐过渡圆是最严重的应力集中点，该处最容易发生疲劳断裂。如果过渡圆角不圆，表面粗糙，此处易产生裂纹而断裂。除此之外，紧急停车产生的剧烈冲击，安装不正确，轴瓦在曲轴上装配不良等原因也会导致曲轴磨损加大，直至报废。
3 往复式天然气压缩机动力性能故障及分析
3.1压力异常故障
压力异常包括：一级吸气压力低，二级吸气压力低，一级吸气压力高，排气压力低，排气压力高和压力不稳定等。造成压力异常原因有：①吸气阀片升程量过小使气流通道面积减少，工艺气通过吸气阀的瞬时流量降低，从而导致一级吸入压力过低，还有工艺流程导致供气量不足，也会导致吸入压力过低；②当一级压缩过程中，产生机械故障后，气体经一级压缩后，压力达不到标准，导致二级吸入压力过低；③由于二级压缩出现故障，导致二级高压气体窜入一级压缩缸。工艺气量压力波动大，进气量增大，导致吸气压力高；④排气压力高当二级吸气压力偏高，压力比不变的情况下，二级压缩的气体必然压力偏高；⑤压力不稳定当吸入压力波动过大，从而影响到整个机组的排气压力，还有气阀启动或关闭不及时，高压气体将会窜入低压缸内，导致压力不稳定。
3.2 温度异常故障
温度异常包括压缩机吸、排气温度过高，气缸、轴承、活塞杆、机体等各部件过热。吸、排气温度过高属于介质在压缩过程中状态不正常产生的，会导致气缸、阀门积炭、磨损和零部件变形、损坏。各部件过热的原因是摩擦发热过大或者摩擦副润滑、冷却不到位等。摩擦过热情况可引起两种后果：在较高温度下使摩擦副加快磨损；热量不断积聚，直至烧毁摩擦表面，酿成重大事故。
3.3 润滑油系统故障
润滑油系统故障主要有：①润滑油压力低。当润滑油泵出现机械故障或储罐油位太低不能吸入，润滑油不能增压，导致润滑油压力偏低。如果润滑油泵过滤器堵塞或者润滑油管线漏油，油回流到油池，油压降低；②润滑油温度高。运动部件配合不良，间隙过小或配合表面质量不好，摩擦阻力大导致发热量大，油温升高；③润滑油不足。吸油过滤网堵塞或油管堵塞时，吸入的油量较少，润滑油出现不足现象。当注油器柱塞与柱塞孔磨损或注油器上的逆阀不严密，润滑油产生泄露，供油量会过少。
4 往复式天然气压缩机振动异常分析
4.1气缸异常振动
气缸与基础固定不牢固，运行时振动加剧形成异常振动。安装和检修时气缸余隙容积留得过小，气缸盖与活塞的前后死点间隙过小，产生直接碰撞。缸润滑油过多或过少，都会引起气缸产生不正常响声。过多的润滑油产生油垢，油量过少又会引起拉缸使气缸磨损。安装时由于曲轴与气缸轴线不垂直，连杆、十字头、活塞，与气缸中心线不重合，误差超过允许值，在压缩机运转过程中也会使气缸产生振动。
4.2运动机构异常振动
压缩机运转中，由于曲轴箱内曲轴瓦螺栓、连杆螺栓、十字头螺栓等松动、折断、脱扣等引起曲轴箱内的异常振动。连杆大头与连杆瓦之间的配合间隙过大，压缩机部件在运动中磨损、松动，都会引起曲轴箱内产生异常振动。于压缩机十字头销与十字头、活塞销与活塞销座之间的链接松动或磨损，造成异常振动。
4.3 吸、排气阀振动
吸、排气阀的阀片材质不达标，疲劳断裂、磨损断裂后，卡在空气阀道中或掉落与气缸内，产生异常振动。气阀弹簧断裂，阀片对阀座和升程限制器的冲击载荷增大，产生异常振动。阀盖安装不平或螺栓紧固力不够，导致漏气，产生异常振动。
5 结束语
往复式天然气压缩机组的结构复杂，零部件多，机构之间联系紧密，某一部分发生故障，往往会引起整台设备的瘫痪，导致整个装置停工，造成很大的经济损失，甚至危害人身安全。因此，需要不断提高机械设备的可靠性、可用性、可维修性、经济性与安全性，以提升系统效率和降低能耗，确保生产安全、平稳运行。
参考文献
[1] 巩文科.压缩机故障诊断专家系统的研究与实现[D].西安市：西安理工大学，2006-6：4～5
[2] 王发辉，刘秀芳，程艳霞.往复式压缩机故障诊断研究现状与展望[J]. 压缩机技术，2007，（2）：46～47