氫氣壓縮機在石油化工汽油加氫精制、煤化工甲醇合成氣輸送等工藝中占有重要地位，一旦氫氣壓縮機出現故障，會(huì )導致裝置停車(chē)甚至氣體泄漏、著(zhù)火、爆炸等事故，造成重大經(jīng)濟損失。本文將輸送介質(zhì)為氫氣的活塞式壓縮機作為研究對象，詳細分析壓縮機運行過(guò)程中經(jīng)常出現的問(wèn)題，并提出相應的維修建議，為化工企業(yè)安全負責人、設備操作人員提供借鑒。

在大型化工流程中，很多氣氣、氣液或氣固反應需要在高壓下進(jìn)行，因此壓縮機應用十分廣泛，其中活塞式壓縮機是比較常用的壓縮機之一?；钊綁嚎s機壓縮效率高、適應性強，可設計成低壓、中壓、高壓和超高壓（超過(guò)350MPa）。在等轉速下，當排氣壓力波動(dòng)時(shí)，活塞式壓縮機的排氣量基本保持不變。但是活塞式壓縮機結構復雜、零部件繁多，操作或維護不當極易發(fā)生故障。

在化學(xué)工業(yè)中，為了促進(jìn)以氫氣為原料的化學(xué)反應正常進(jìn)行，通常將氫氣壓縮至高壓，這就需要用到以氫氣為主要輸送介質(zhì)的活塞式壓縮機。如在合成氨工業(yè)中，氫氮混合氣的進(jìn)氣壓力為0.03MPa，經(jīng)過(guò)6-7級壓縮，終排氣壓力達到31.4MPa；在煤化工合成氣制甲醇過(guò)程中，氫與二氧化碳混合氣進(jìn)氣壓力2.5MPa，經(jīng)過(guò)多級壓縮終排氣壓力達到5-10MPa（低壓法）或35MPa（高壓法）。

1、氫氣壓縮機的工作原理及分類(lèi)

1.1工作原理

氫氣壓縮機結構較復雜，其結構簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。較重要的組件有鑄鐵氣缸、鑄鐵缸套、鑄鐵缸蓋、鑄鐵曲軸、連桿、十字頭（包括十字頭滑道）、填料、活塞（包括活塞環(huán)）、刮油環(huán)、不銹鋼活塞連桿、不銹鋼氣閥等，此外還有一些附屬設備，如氣體過(guò)濾器、緩沖器、潤滑油管路等。同其它往復式壓縮機一樣，氫氣壓縮機包括吸氣、壓縮和排氣3個(gè)過(guò)程。在電機驅動(dòng)下，曲軸帶動(dòng)十字頭、活塞連桿、活塞在氣缸內往返運動(dòng)，氣體在活塞壓縮下后通過(guò)氣閥排出。

氫氣壓縮機按排氣量范圍和排氣壓力進(jìn)行分類(lèi)，具體類(lèi)別如表1所示。

按照基礎地平面與氣缸中心線(xiàn)的相對位置，氫氣壓縮機還可分為臥式壓縮機（地平面與氣缸中心線(xiàn)方向平行，主要有對置式、單側式、對稱(chēng)平衡式）、立式壓縮機（地平面與氣缸中心線(xiàn)方向垂直）和角度式壓縮機（地平面與氣缸中心線(xiàn)方向成一定角度）。立式壓縮機和氣缸在曲軸一側的臥式壓縮機適用小氣量工況。在臥式壓縮機中，對稱(chēng)平衡式壓縮機應用非常廣泛，是大中型往復式壓縮機的選擇對象之一。該壓縮機的多個(gè)氣缸平均分布在曲軸兩側，與氣缸中心線(xiàn)方向呈180°夾角。對置式壓縮機適用于壓縮高壓氣體的工況，而角度式壓縮機適用于中小型壓縮機，其中角度式壓縮機根據夾角又可分為W型（60°夾角）、L型（90°夾角）、扇型（40°夾角）等多種類(lèi)型。

3、氫氣壓縮機常見(jiàn)故障

氫氣壓縮機組制造精度和維護要求較高，當氫氣壓縮機在電機驅動(dòng)下運行時(shí)，曲軸快速旋轉并往復運動(dòng)。曲軸、連桿的一端與十字頭部件相連接，十字頭部件也在曲軸連桿的作用下，在滑道內往復運動(dòng)，終帶動(dòng)活塞往復運動(dòng)，實(shí)現了氫氣（或含氫混合氣）的壓縮。然而，在曲軸、連桿、十字頭部件長(cháng)期往復運動(dòng)中，這些部件易發(fā)生磨損，一旦出現較嚴重磨損會(huì )影響其運行質(zhì)量，需要及時(shí)發(fā)現并停機進(jìn)行維修，以保障氫氣壓縮機的安全穩定運行。

3.1潤滑油系統故障及原因分析

氫氣壓縮機潤滑油系統的問(wèn)題就是潤滑油壓力低。當氫氣壓縮機正常運行時(shí)，潤滑油經(jīng)過(guò)油泵加壓輸送到一級過(guò)濾器，依次通過(guò)外部潤滑油冷卻器、二級過(guò)濾器后，分為3路。第1路到壓縮機油壓表（包括遠傳儀表和現場(chǎng)儀表）；第2路到達大頭瓦小段襯套，為其提供潤滑；第3路達到補償泵，以防止油壓限制器漏油。

在潤滑油系統的正常維護過(guò)程中，應首先對各個(gè)油路系統進(jìn)行外觀(guān)檢查，特別是管路靜密封點(diǎn)，一旦出現漏油、油漬，要對存在泄漏的油路管線(xiàn)進(jìn)行緊固。當氫氣壓縮機正常運行時(shí)，潤滑油路系統的運行狀態(tài)始終為負壓，因此難以發(fā)現潤滑油壓力降低。為了準確判斷，在潤滑油管路各靜密封點(diǎn)需要詳細檢查，對可能泄漏的管路進(jìn)行更換，以消除潛在風(fēng)險。此外，潤滑油的品質(zhì)需要嚴格檢查，含水量、金屬離子含量等都會(huì )加速潤滑油變質(zhì)。如果潤滑油不凝氣含量超標，潤滑油壓力可能會(huì )出現波動(dòng)。拆檢氫氣壓縮機潤滑油供油管路，并根據二級濾網(wǎng)腔和潤滑油冷卻器之間的空隙大小，可以判斷潤滑油管路凝氣情況，空隙大則表明凝氣較多。通常有2個(gè)原因易造成該管路凝氣：（1）潤滑油對壓縮機管路外界空氣具有一定溶解度，難以避免少量空氣溶入；（2）二段油壓限制器裝置回油，與少量未溶入的空氣混合形成空氣泡沫，該泡沫大量聚集時(shí)也會(huì )造成空隙變大。為解決該問(wèn)題，應將回油管排出口盡量靠近潤滑油過(guò)濾器吸入口的遠端位置，避免空氣泡沫集中到管路中。

3.2氣閥、活門(mén)故障及其維修分析

通常氫氣壓縮機每運行3——6個(gè)月，就要切換備機，對壓縮機進(jìn)行維護或檢修。其中對氣閥要重點(diǎn)檢查，因為氣閥的閥片容易積碳、堆積油泥或粉塵，氣閥彈簧容易斷裂。氣閥壓蓋頂部存在若干頂絲，檢修時(shí)應先把頂絲松開(kāi)，置于干凈的歸納盒或無(wú)塵布上，然后松開(kāi)氣閥壓蓋頂部螺栓、螺母，保留對角方向的兩個(gè)螺栓、螺母不被拆下，直至氣缸沒(méi)有氣體逸出，再全部拆下。后取下壓蓋及活門(mén)壓套，輕輕拉出活門(mén)，清理外表可能存在的油污、油泥進(jìn)行材質(zhì)檢查。所有氣閥在安裝前都要用氮氣打壓試漏，確認不漏后才能進(jìn)行安裝?；铋T(mén)故障分析及處理辦法詳見(jiàn)表4。

3.3缸體

氣缸內壁的光滑和潤滑十分重要，活塞在氣缸內高速往復運動(dòng)，當氫氣內含有粉塵、顆粒狀物時(shí)，氣缸內壁不斷出現擦傷、拉毛，嚴重時(shí)會(huì )造成氣缸報廢。當氣缸內壁擦傷或拉毛比較輕微時(shí)，可以使用半圓形的油石輕輕打磨至光滑，即可恢復使用。當氣缸內壁擦傷或拉毛較嚴重時(shí)，如拉傷長(cháng)度大于氣缸圓周的1/4，并存在溝槽，且槽寬度大于3mm，深度大于0.4mm，則應進(jìn)行鏜缸處理。鏜缸是缸體嚴重磨損時(shí)常用的處理辦法，鏜缸后缸體直徑會(huì )略有增大，但增大值不得超過(guò)原設計缸徑的2%，氣缸壁厚減少量不超過(guò)原壁厚的1/12。為了確保配合間隙接近原設計，鏜缸后應重新選擇與新缸徑相適應的活塞和活塞環(huán)。

3.4十字頭、連桿

十字頭一般使用優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼鍛造，有較強的強度和剛度，作用是將活塞桿下端通過(guò)十字頭銷(xiāo)與連桿小端軸承連接，以將活塞所受的動(dòng)力傳遞給連桿、曲軸。連桿是將活塞的往復運動(dòng)轉變成曲軸的回轉運動(dòng)。十字頭、十字頭銷(xiāo)、滑板及導軌統稱(chēng)為十字頭組件，由于受壓較大，易發(fā)生裂紋。

更換十字頭的注意事項：（1）當中間接座已從中體上拆下，可將十字頭從連接法蘭口取出更換，若中間接座與中體聯(lián)成一體，十字頭更換可在中體測孔進(jìn)行；（2）在窗口更換時(shí)，將十字頭移至窗口中間（即十字頭滑道中間），并將十字頭沿軸線(xiàn)旋轉90°使上下滑道正對兩側窗口，然后平行移出窗口，再進(jìn)行修復和更換；（3）修復時(shí)，必須注意不得損壞滑道工作面，對準道口位置，配合間隙達到規定要求。

更換連桿大瓦注意事項：（1）利用盤(pán)車(chē)裝置將更換軸瓦的曲軸頸轉至上位置并設法使之固定，避免滑動(dòng)造成不必要的事故；（2）先卸下連桿下部的連桿螺栓，借助吊環(huán)螺釘將連桿大頭蓋吊住，再卸下連桿上部的連桿螺栓，并通過(guò)吊環(huán)螺釘將大頭蓋和瓦一起拿下；（3）利用盤(pán)車(chē)裝置緩慢地轉動(dòng)曲軸，使連桿與曲軸頸分離，取下連桿即可進(jìn)行更換；（4）連桿大頭瓦成對制作的必須成對更換；（5）對連桿螺栓進(jìn)行無(wú)損檢測；（6）目前連桿大瓦一般為標準薄壁瓦，無(wú)需進(jìn)行刮研，連桿大瓦的間隙應嚴格符合設計要求。

更換連桿小瓦注意事項：（1）先卸下定位銷(xiāo)壓緊螺母，取下定位銷(xiāo)，用一圓棒從十字頭銷(xiāo)的一端將十字頭銷(xiāo)打出，使十字頭與連桿分開(kāi)，然后將連桿從機身上蓋取出，此時(shí)即可進(jìn)行連桿小頭瓦的更換，取連桿時(shí)注意保護好滑道；（2）更換時(shí)，用壓力將舊軸瓦從連桿小頭壓出，再將新的軸瓦壓入。

3.5曲軸

主軸頸、曲軸頸的圓錐度、橢圓度＜0.10mm；主軸水平度＜0.05mm/M（電機方向高）。每次檢修要對曲軸頸進(jìn)行無(wú)損探傷。

更換主軸瓦注意事項：（1）卸下機身側蓋和兩端側蓋，并使曲軸和電機在連接處分開(kāi)，再松開(kāi)潤滑油管和主軸承上蓋，取出主軸承上瓦；（2）用千斤頂置于主軸承兩側曲軸下的適當位置（保持平衡位置），將曲軸頂起約0.1——0.2mm，以圓棒或其它合適的工具使主軸承下瓦從主軸承座轉出，按此方法同樣可將新的主軸承下瓦轉進(jìn)主軸承座中，換下舊的主軸承下瓦；（3）將新的主軸承上瓦和主軸承上蓋裝入主軸承座并按要求緊固主軸承螺栓；（4）主軸瓦成對制作的必須成對更換；（5）大頭瓦與曲拐頸的配合間隙，厚壁瓦常用瓦口墊片來(lái)調整，薄壁瓦的間隙若小可適當刮研，若超大只能更換新瓦；（6）測量配合間隙時(shí)，徑向間隙常用壓鉛法，軸向間隙常用塞尺測量，也可采用測量瓦孔徑和軸徑尺寸相減得出徑向間隙，用軸徑長(cháng)度和連桿瓦寬度尺寸相減得出軸向間隙；（7）徑向間隙為拐直徑的0.8‰——1.2‰；（8）設計值有要求的，主軸瓦間隙應嚴格按照壓縮機的設計數值執行。

4、結語(yǔ)

在以氫氣為原料氣的化工生產(chǎn)過(guò)程中，氫氣壓縮機是化學(xué)反應的核心設備。因此，在運行中應該做好檢修計劃，定期檢查備機，按照正規氫氣壓縮機廠(chǎng)家要求切換備機后開(kāi)展檢修工作。此外還要定期對潤滑油系統檢查，定期清理一二級潤滑油過(guò)濾網(wǎng)，緊固靜密封點(diǎn)。巡檢時(shí)，要用聽(tīng)棒檢查壓縮機各段聲音是否正常，以判斷鑄鐵缸體、曲軸、連桿等是否正常工作。本文對氫氣壓縮機的工作原理、分類(lèi)、常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析、總結，為化工行業(yè)操作人員提供了借鑒思路，促進(jìn)了氫氣壓縮機的運行、管理、維護水平，保證化工裝置的運行穩定，可以減少氫氣壓縮機故障停車(chē)造成的損失，為企業(yè)創(chuàng )造大經(jīng)濟效益。