化工用往复式压缩机的失效分析与预防

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1、化工用往复式压缩机的失效分析与预防往复式压缩机由于其易损零件多、结构复杂，而被业内公认为可靠性较差的机型。尽管国际上往复式压缩机的设计制造水平已经日臻完善、发展趋于停滞，且维修周期已经由一年一次提高到三年两次或两年一次，但仍然没有任何连续的化工流程能够放弃使用往复式压缩机的备机。在国内，往复式压缩机的可靠性状况更不容乐观。中国的现代压缩机行业起步较晚，长期的计划经济体制没有为压缩机行业的技术发展奠定较好的基础，不规范的市场经济又使压缩机行业陷入了低水平的恶性竞争循环当中。企业效益的低下导致技术投入不足，加之国家基础工业平台的落后，更给

2、国内往复式压缩机产品的可靠性带来很多不确定的因素。随着世界经济的一体化，制造业的成本在与世界接轨，用户也开始用国际产品的指标来要求国产的往复式压缩机，而市场的价格却仍然不到国际水平的50%,在如此的环境下，国内往复式压缩机产品可靠性提升的任务必然面临严峻挑战。压缩机可靠性的不足主要体现为零部件的非预期失效，可以预见的、容易修复的或对压缩机性能影响不大的零部件失效一般只会给压缩机带来轻微的故障，而非预期的零部件失效往往会酿成严重的事故，在此我们只对可以导致压缩机事故的零部件失效进行讨论分析。1.统计数据根据化工、石油行业统计数据推算，目

3、前在国内化工流程中运行的100KW以上的往复式压缩机已经超过两万台套，1000KW以上的大型往复式压缩机估计在6000台左右。据不完全统计，近二十年来，化工流程中平均每年发生重大往复式压缩机事故23起，约占行业内重大事故总量的21%,其中70%发生在化肥行业，10%发生在石油化工行业，20%发生在其他化工行业和冶金等行业。事故原因与产品设计相关的约占20%,与制造相关的约占60%,与安装相关的约占10%,与使用相关的约占40%。事故发生在主机部分的约占80%,发生在辅机部分的约占15%,其余5%发生在管路、阀门及电气配套等其他部分。事

4、故中约有8%导致了起火、爆炸或人身伤亡。2.事故的部位与表象2.1压缩机主机是完成设备功能的主要部分，动态载荷决定了这里是事故的主发区域，接下来按照事故发生的频次逐个部位进行介绍：活塞杆与活塞：活塞杆断裂是往复式压缩机发生频次最高的事故，断裂部位可以在活塞杆的尾部（与十字头连接处）、中部（摩擦部位）和头部（与活塞连接处）,其中尾部的连接结构较为复杂，承受的载荷最为恶劣，产生失效的原因往往有多重性和偶然性，可能与结构设计、材料选择、材料缺陷、冷热加工控制、安装、操作与维护等过程都有关联。活塞杆中部的断裂也较为常见，按常理讲，此处是活塞杆

5、最强壮的部位，承受的平均应力值很低，在此处断裂有点不合常理。由于此处是密封摩擦表面，磨损失效通常是我们的关注焦点，我们会把注意力集中到提高表面耐磨性上。提高表面硬度是普遍采用的方法，随着硬度的提高活塞杆表面的内应力值也在加大，脆性增加，韧性下降。内应力值的大小和分布的不均匀性与裂纹发生的机率呈正比。裂纹是应力释放的结果，也是疲劳失效的起因。裂纹产生过程有很多不确定的因素，且发生机率较低，往往被人忽视，只采用常规的控制方法很容易使危机潜伏下来。我认为，活塞杆中部的原发性断裂事故应该由压缩机制造方承担全部责任。活塞杆头部的失效一般发生在连

6、接活塞的螺纹处，如果安装预紧符合设计要求，问题就应该在结构设计和材料质量上了。活塞杆断裂很难事先预测，事故会导致严重的后果，轻则撞坏气缸、十字头、连杆等重要零件，重则使介质外泄，引发起火、爆炸等灾难性后果。活塞的失效往往与制造不良联系在一起，大直径活塞由于受压缩机可以承担的惯性力限制，重量要求严格，设计和制造难度加大，活塞裂纹、破碎等事故时有发生；铸铁活塞由于铸造的工艺特性，中心部位可能出现缺陷，造成活塞“脱裤子”,也有可能除砂螺堵脱落，掉入气缸中。外界的干涉性冲击也是活塞失效的常见原因。曲轴：曲轴是压缩机中设计寿命最长的零件之一，但

7、在我国化肥企业运行的大型压缩机中，曲轴的损坏已经不是什么稀罕事，甚至有些用户将曲轴作为易损件来储备,这样做也符合中国国情。曲轴一般会发生三类事故一一烧瓦、裂纹和断裂，烧瓦的原因很多，润滑不良、曲轴或曲轴箱加工精度不好、机组振动、超载等原因均可导致烧瓦，烧瓦和曲轴表面裂纹可以互成因果关系，裂纹一般出现在轴承的表面上或根角R处，裂纹的形成除了烧瓦的原因外，更有可能是疲劳超载造成的。但需要提示的是，不同的原因会形成不同的裂纹表现形态，烧瓦裂纹通常是细碎分散、深浅不一而呈现轴向分布，疲劳超载裂纹通常集中在个别区域、裂纹较深而呈“X”型。裂纹扩

8、展是曲轴断裂的直接原因。曲轴断裂一般发生在曲柄处，由于曲轴主要承受交变的扭转载荷，所以断口大多呈45。角，以疲劳断裂的断口形式居多。曲轴断裂属于重大机械事故，断裂的曲轴会撞碎曲轴箱、拉坏连杆和十字头，甚至会掀翻主机，损坏