【壓縮機網(wǎng)】摘要：往復式壓縮機活塞桿部件是壓縮機的關(guān)鍵零部件，它在長(cháng)時(shí)間的往復運動(dòng)中，會(huì )受到環(huán)境的腐蝕和磨損，導致早期失效，一旦活塞桿出了問(wèn)題，整臺壓縮機將無(wú)法運行。某煉油廠(chǎng)壓站裝置一臺國產(chǎn)氮氣壓縮機在運行過(guò)程中出現排氣量下降，曲軸箱上蓋呼吸帽飛濺出油現象。停機檢查發(fā)現，活塞桿表面陶瓷涂層脫落，填料密封環(huán)嚴重磨損，根據停機前的現場(chǎng)狀況，從檢查結果判斷是因為活塞桿表面陶瓷涂層脫落，引起填料密封環(huán)異常磨損失效，造成介質(zhì)從軸封側漏出，造成排氣量不足，而漏出的氣體經(jīng)中體沿刮油環(huán)間隙進(jìn)入曲軸箱，隨著(zhù)曲軸的旋轉，將潤滑油從呼吸帽帶出。通過(guò)對活塞桿表面陶瓷涂層脫落原因的分析，解決了活塞桿表面陶瓷涂層脫落的問(wèn)題，為機組安穩長(cháng)運行提供了保障。
文/洛陽(yáng)石化三隆公司動(dòng)設備 孫應輝
一、引言
某煉油廠(chǎng)空壓站裝置，2021年2月1日氮氣壓縮機C-1102在運行過(guò)程中，突然出現排氣量不足，壓縮機曲軸箱上蓋呼吸帽有潤滑油飛濺逸出。運行人員緊急停車(chē)后，維護人員檢查，發(fā)現呼吸帽有氣體外逸。經(jīng)維護人員對活塞桿及填料解體檢查，發(fā)現一二級活塞桿表面陶瓷涂層大面積脫落，并有過(guò)熱發(fā)藍現象。解體填料總成發(fā)現，填料密封環(huán)出現異常磨損現象，密封圓柱面出現堆起，已經(jīng)完全失效。拆解曲軸箱上蓋未見(jiàn)異常。結合停機前現場(chǎng)狀況，依據拆解發(fā)現損壞情況，判斷是由于壓縮機活塞桿表面陶瓷涂層脫落，引起填料密封環(huán)異常磨損導致氮氣從軸封側大量泄漏，從而使排氣量降低，并且氮氣從機組中體經(jīng)刮油環(huán)進(jìn)入曲軸箱內，隨著(zhù)曲軸的旋轉，把潤滑油從上蓋呼吸帽帶出。
一二級活塞桿表面陶瓷涂層脫落如下圖所示：
陶瓷涂層脫落部位在活塞桿與填料密封環(huán)運行摩擦部位。
一二級填料密封環(huán)磨損情況如下圖所示：
填料密封環(huán)內圓柱面被脫落的涂層表面拉傷，堆起，磨損。
二、機組概述
2D3.5-2.81/6-40型氮氣壓縮機C-1102是空壓站裝置的關(guān)鍵設備之一,該機組主機由國內某公司制造，為兩列二級對稱(chēng)平衡式壓縮機，無(wú)油潤滑水冷式、雙作用氣缸，由異步電動(dòng)機直接驅動(dòng)。每級氣缸進(jìn)、排氣口均按上進(jìn)、下出布置。每個(gè)氣缸均配置進(jìn)出口緩沖器，緩沖器與氣缸直接連接。其主要技術(shù)參數分別如下：
三、活塞桿陶瓷涂層脫落故障分析
本氮氣壓縮機機組活塞桿采用的是高性能陶瓷涂層活塞桿，它的陶瓷粉末特性如下圖所示：
1.粉末特性：
粉末類(lèi)型：AI203—Ti02
粒度范圍：40μ+20μ
粉末熔點(diǎn)：1840℃
2.涂層特點(diǎn)：耐磨的陶瓷涂層具有優(yōu)異的精加工性能，可在540℃以下工作，受稀堿等各種溶液的腐蝕。
3.涂層基本物理性能：
宏觀(guān)硬度：HRC60 氣孔率：＜2%
結合強度：35MPa 粗糙度：Ra 0.8
4.涂層厚度：＜0.25mm
5.涂層組織結構：
?。?）涂層金相組織
本壓縮機機組活塞桿采用的涂層是鈷包碳化鎢涂層，性能如下：
1.粉末特性：WC/Co粉末是以WC為核心，周?chē)鸀镃o的包復層所組成的顆粒。
粒度范圍：（-200+400）目
粉末熔點(diǎn)：1260℃
2.涂層特點(diǎn)：耐磨粒磨損，粘著(zhù)磨損，涂層硬度高，韌性好，結合強度高，適合540℃以下工作。
3.涂層基本物理性能：
宏觀(guān)硬度：HRc 55-60 氣空率：＜2%
結合強度：60MPa 粗糙度：Ra 0.4
4.涂層金相組織：
分析造成活塞桿表面陶瓷涂層脫落的可能原因有：
1.活塞桿在制造處理涂層過(guò)程中的原始缺陷；
2.填料密封環(huán)的箍緊彈簧設計太緊，引起摩擦力過(guò)大，導致活塞桿表面過(guò)熱炸裂；
3.活塞桿在檢修過(guò)程中出現磕碰引起裂紋。
首先分析活塞桿表面陶瓷涂層在制作過(guò)程中可能產(chǎn)生缺陷的因素。噴涂要求精密且細致，噴涂過(guò)程如下：
a.噴涂前準備工作和工件預處理
?、偬沾煞勰⒂诿芊馊萜髦?，應干燥，無(wú)雜質(zhì)。
?、谇鍧嵐ぷ鳎翰捎妹撝?，溶劑清洗（堿水或丙酮、汽油、乙醇等）、加熱等方式，除去工件待噴基體表面的所有油、脂等污染物。
?、郾砻鎽捎脴藴实睦饨巧傲娚盎虿扇∑渌只幚矸椒ㄟM(jìn)行處理。
?、?chē)娚安僮鲬幌抻谝M(jìn)行噴涂的區域，其鄰接區應以最適合具體工件的方法進(jìn)行遮蔽。采用的遮蔽材料應耐噴砂粒子沖擊，并不污染已經(jīng)預處理的鄰近表面。
?、菡诒尾牧蠎蛧娡繙囟?，而且不污染要噴涂的表面。
?、抟蟛槐煌鈦?lái)物污染的孔和其他開(kāi)口可用鋼塞或橡皮塞進(jìn)行堵塞，經(jīng)噴砂處理后取出塞子。
?、呓?jīng)過(guò)預處理后，要噴涂的表面不得再受污染。應確保經(jīng)預處理的表面不再受油、脂、水或指印污染，若受到污染，則表面應重新進(jìn)行預處理。
b.噴涂工藝
?、偬沾煞勰┝６冗x擇：根據對涂層功能的要求，采用適合的金屬陶瓷型復合粉末材料及確定合適粒度（通常為5-15μm）。
?、谧龊脟娡考墓ぱb，調好噴槍?zhuān)b好噴涂粉末。
?、蹏娡抗に噮颠x擇和水系統調節：選擇噴槍與噴嘴、等離子氣體與送粉氣體，調節水源及冷卻系統，使噴槍出口水溫保持在12-35℃。
?、芟到y調試：?jiǎn)?dòng)電源、供水系統、抽風(fēng)系統、送粉系統，啟動(dòng)高頻起弧，調節等離子氣體、送粉氣體和各項參數，達到射束穩定、集中，形成最佳焰流，使陶瓷粒子處于充分熔融或充分軟化狀態(tài)，具有最佳粒子速度，測試送粉速率，確定工藝參數。
?、莨ぜ獓娡康谋砻鎽趪娡壳斑M(jìn)行預熱。
通過(guò)與活塞桿表面陶瓷噴涂制造廠(chǎng)家咨詢(xún)溝通，噴涂工藝較為成熟，在活塞桿出廠(chǎng)時(shí)經(jīng)過(guò)嚴格質(zhì)量檢驗程序，并且本機活塞桿在最近一次檢修時(shí)，沒(méi)有發(fā)現明顯裂紋，且檢修中做了著(zhù)色無(wú)損探傷，從檢修報告看沒(méi)有細小裂紋。本機在最近一次檢修中，嚴格執行過(guò)程三級檢查驗收程序，三級質(zhì)檢設備工程師沒(méi)有發(fā)現異常損壞，回裝活塞桿之前，沒(méi)有發(fā)現陶瓷涂層部位有磕碰現象。結合這次拆檢，二級活塞桿陶瓷涂層表面有過(guò)熱發(fā)藍現象，表明活塞桿表面與填料密封環(huán)摩擦力過(guò)大。通過(guò)對檢修人員的檢修過(guò)程描述，發(fā)現最近一次填料密封環(huán)更換時(shí)，密封環(huán)的閉合收緊彈簧直徑比之前較大。在填料總成回裝后，回裝活塞桿時(shí)，活塞桿過(guò)填料時(shí)有明顯大于平時(shí)的阻力，維修人員涂抹潤滑油后，多人合力推進(jìn)氣缸。說(shuō)明密封環(huán)閉合彈簧力超出設計要求，是本次活塞桿表面陶瓷涂層脫落的主要原因。
四、填料密封環(huán)分析整改及活塞桿修復
本壓縮機一二級填料總成如下圖所示，因壓力不同設置層數不同，密封環(huán)材料為填充聚四氟乙烯，填料盒設置冷卻水。
填料組裝要求，安裝前必須清洗填料的各零部件，保證無(wú)油污和其它臟物，正確安裝各層填料盒，保證填料冷卻水路暢通，正確安裝密封環(huán)在填料盒里的先后順序，及軸向間隙，測量密封環(huán)閉合彈簧，新舊彈簧直徑。檢修過(guò)程中，填料密封環(huán)清理很徹底，密封環(huán)安裝次序依照圖紙沒(méi)有錯誤，密封環(huán)軸向間隙0.25mm符合技術(shù)要求，根據拆檢下的舊彈簧，確認閉合彈簧直徑比更換前大了2mm。經(jīng)與廠(chǎng)家溝通，確認彈簧批次有誤。最終更換密封環(huán)彈簧后，填料與活塞桿摩擦力降低。
活塞桿返廠(chǎng)修復，按照陶瓷噴涂要求，確保過(guò)程可控，專(zhuān)人跟進(jìn)，噴涂注意事項：
?、?lài)娡烤嚯x
噴涂距離小，涂層致密，結合強度高，但基體和涂層均過(guò)熱；噴涂距離大，涂層孔隙增加，涂層疏松，涂層材料的沉積效率降低，結合強度下降。一般合適的噴涂距離為50-100mm之間。
?、趪娡拷嵌?/div>
等離子焰流軸線(xiàn)與噴涂工件表面夾角為90°。
?、蹏姌屢苿?dòng)速度
噴槍移動(dòng)速度與工件運動(dòng)線(xiàn)速度的合理匹配對每道涂層的厚度、涂層的均勻性及基體的受熱情況有重要影響，應使噴槍在基體表面的移動(dòng)速度能使每道次新噴涂層壓蓋上一道次涂層。
?、艽碉L(fēng)輔助冷卻
吹不噴涂區域，快速移動(dòng)工件或者噴槍?zhuān)韵繉討?，防止工件變形，減少涂層和工件氧化，也可采用間歇式噴涂方法。
?、菰诓僮髟O備或工作過(guò)程中，如果發(fā)生以下情況時(shí)，應立即關(guān)閉設備（按下急停按鈕）：
1）電流表示數急劇增長(cháng)；
2）設備或噴槍發(fā)出異常聲響；
3）電弧不連續；
4）漏水、漏氣。
?、迖娡繎B續進(jìn)行直到涂層達到足夠的厚度（應留有磨削余量）。
噴涂之后，不應有涂層從基體上明顯起皮或涂層開(kāi)裂的情況。若發(fā)現此類(lèi)缺陷，應除去涂層，重新進(jìn)行預處理和噴涂工序。
五.壓縮機活塞桿表面陶瓷噴涂修復后，運行檢查
活塞桿修復后，維護人員做了無(wú)損著(zhù)色探傷檢測，確認無(wú)微小裂紋。填料密封環(huán)新閉合彈簧到貨后，測量彈簧直徑及長(cháng)度，確認無(wú)誤，回裝試機，運行后，每4小時(shí)測量活塞桿與填料摩擦部位，溫度最高為90°C，達到了預期效果。
六.壓縮機日常維護巡檢加強事項
通過(guò)對本次壓縮機此次故障分析及解決，使設備管理人員及檢修人員在配件領(lǐng)取，新舊配件復核尺寸提高了認識。并且在日常壓縮機巡檢時(shí)有的放矢，通過(guò)觀(guān)察填料冷卻水是否暢通，測量活塞桿溫度，來(lái)判斷填料有無(wú)異常磨損，通過(guò)觀(guān)察曲軸箱呼吸帽的油氣，判斷填料是否有異常泄漏，最終提高壓縮機的巡檢質(zhì)量。
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文/洛陽(yáng)石化三隆公司動(dòng)設備 孫應輝
一、引言
某煉油廠(chǎng)空壓站裝置，2021年2月1日氮氣壓縮機C-1102在運行過(guò)程中，突然出現排氣量不足，壓縮機曲軸箱上蓋呼吸帽有潤滑油飛濺逸出。運行人員緊急停車(chē)后，維護人員檢查，發(fā)現呼吸帽有氣體外逸。經(jīng)維護人員對活塞桿及填料解體檢查，發(fā)現一二級活塞桿表面陶瓷涂層大面積脫落，并有過(guò)熱發(fā)藍現象。解體填料總成發(fā)現，填料密封環(huán)出現異常磨損現象，密封圓柱面出現堆起，已經(jīng)完全失效。拆解曲軸箱上蓋未見(jiàn)異常。結合停機前現場(chǎng)狀況，依據拆解發(fā)現損壞情況，判斷是由于壓縮機活塞桿表面陶瓷涂層脫落，引起填料密封環(huán)異常磨損導致氮氣從軸封側大量泄漏，從而使排氣量降低，并且氮氣從機組中體經(jīng)刮油環(huán)進(jìn)入曲軸箱內，隨著(zhù)曲軸的旋轉，把潤滑油從上蓋呼吸帽帶出。
一二級活塞桿表面陶瓷涂層脫落如下圖所示：
陶瓷涂層脫落部位在活塞桿與填料密封環(huán)運行摩擦部位。
一二級填料密封環(huán)磨損情況如下圖所示：
填料密封環(huán)內圓柱面被脫落的涂層表面拉傷，堆起，磨損。
二、機組概述
2D3.5-2.81/6-40型氮氣壓縮機C-1102是空壓站裝置的關(guān)鍵設備之一,該機組主機由國內某公司制造，為兩列二級對稱(chēng)平衡式壓縮機，無(wú)油潤滑水冷式、雙作用氣缸，由異步電動(dòng)機直接驅動(dòng)。每級氣缸進(jìn)、排氣口均按上進(jìn)、下出布置。每個(gè)氣缸均配置進(jìn)出口緩沖器，緩沖器與氣缸直接連接。其主要技術(shù)參數分別如下：
三、活塞桿陶瓷涂層脫落故障分析
本氮氣壓縮機機組活塞桿采用的是高性能陶瓷涂層活塞桿，它的陶瓷粉末特性如下圖所示：
1.粉末特性：
粉末類(lèi)型：AI203—Ti02
粒度范圍：40μ+20μ
粉末熔點(diǎn)：1840℃
2.涂層特點(diǎn)：耐磨的陶瓷涂層具有優(yōu)異的精加工性能，可在540℃以下工作，受稀堿等各種溶液的腐蝕。
3.涂層基本物理性能：
宏觀(guān)硬度：HRC60 氣孔率：＜2%
結合強度：35MPa 粗糙度：Ra 0.8
4.涂層厚度：＜0.25mm
5.涂層組織結構：
?。?）涂層金相組織
本壓縮機機組活塞桿采用的涂層是鈷包碳化鎢涂層，性能如下：
1.粉末特性：WC/Co粉末是以WC為核心，周?chē)鸀镃o的包復層所組成的顆粒。
粒度范圍：（-200+400）目
粉末熔點(diǎn)：1260℃
2.涂層特點(diǎn)：耐磨粒磨損，粘著(zhù)磨損，涂層硬度高，韌性好，結合強度高，適合540℃以下工作。
3.涂層基本物理性能：
宏觀(guān)硬度：HRc 55-60 氣空率：＜2%
結合強度：60MPa 粗糙度：Ra 0.4
4.涂層金相組織：
分析造成活塞桿表面陶瓷涂層脫落的可能原因有：
1.活塞桿在制造處理涂層過(guò)程中的原始缺陷；
2.填料密封環(huán)的箍緊彈簧設計太緊，引起摩擦力過(guò)大，導致活塞桿表面過(guò)熱炸裂；
3.活塞桿在檢修過(guò)程中出現磕碰引起裂紋。
首先分析活塞桿表面陶瓷涂層在制作過(guò)程中可能產(chǎn)生缺陷的因素。噴涂要求精密且細致，噴涂過(guò)程如下：
a.噴涂前準備工作和工件預處理
?、偬沾煞勰⒂诿芊馊萜髦?，應干燥，無(wú)雜質(zhì)。
?、谇鍧嵐ぷ鳎翰捎妹撝?，溶劑清洗（堿水或丙酮、汽油、乙醇等）、加熱等方式，除去工件待噴基體表面的所有油、脂等污染物。
?、郾砻鎽捎脴藴实睦饨巧傲娚盎虿扇∑渌只幚矸椒ㄟM(jìn)行處理。
?、?chē)娚安僮鲬幌抻谝M(jìn)行噴涂的區域，其鄰接區應以最適合具體工件的方法進(jìn)行遮蔽。采用的遮蔽材料應耐噴砂粒子沖擊，并不污染已經(jīng)預處理的鄰近表面。
?、菡诒尾牧蠎蛧娡繙囟?，而且不污染要噴涂的表面。
?、抟蟛槐煌鈦?lái)物污染的孔和其他開(kāi)口可用鋼塞或橡皮塞進(jìn)行堵塞，經(jīng)噴砂處理后取出塞子。
?、呓?jīng)過(guò)預處理后，要噴涂的表面不得再受污染。應確保經(jīng)預處理的表面不再受油、脂、水或指印污染，若受到污染，則表面應重新進(jìn)行預處理。
b.噴涂工藝
?、偬沾煞勰┝６冗x擇：根據對涂層功能的要求，采用適合的金屬陶瓷型復合粉末材料及確定合適粒度（通常為5-15μm）。
?、谧龊脟娡考墓ぱb，調好噴槍?zhuān)b好噴涂粉末。
?、蹏娡抗に噮颠x擇和水系統調節：選擇噴槍與噴嘴、等離子氣體與送粉氣體，調節水源及冷卻系統，使噴槍出口水溫保持在12-35℃。
?、芟到y調試：?jiǎn)?dòng)電源、供水系統、抽風(fēng)系統、送粉系統，啟動(dòng)高頻起弧，調節等離子氣體、送粉氣體和各項參數，達到射束穩定、集中，形成最佳焰流，使陶瓷粒子處于充分熔融或充分軟化狀態(tài)，具有最佳粒子速度，測試送粉速率，確定工藝參數。
?、莨ぜ獓娡康谋砻鎽趪娡壳斑M(jìn)行預熱。
通過(guò)與活塞桿表面陶瓷噴涂制造廠(chǎng)家咨詢(xún)溝通，噴涂工藝較為成熟，在活塞桿出廠(chǎng)時(shí)經(jīng)過(guò)嚴格質(zhì)量檢驗程序，并且本機活塞桿在最近一次檢修時(shí)，沒(méi)有發(fā)現明顯裂紋，且檢修中做了著(zhù)色無(wú)損探傷，從檢修報告看沒(méi)有細小裂紋。本機在最近一次檢修中，嚴格執行過(guò)程三級檢查驗收程序，三級質(zhì)檢設備工程師沒(méi)有發(fā)現異常損壞，回裝活塞桿之前，沒(méi)有發(fā)現陶瓷涂層部位有磕碰現象。結合這次拆檢，二級活塞桿陶瓷涂層表面有過(guò)熱發(fā)藍現象，表明活塞桿表面與填料密封環(huán)摩擦力過(guò)大。通過(guò)對檢修人員的檢修過(guò)程描述，發(fā)現最近一次填料密封環(huán)更換時(shí)，密封環(huán)的閉合收緊彈簧直徑比之前較大。在填料總成回裝后，回裝活塞桿時(shí)，活塞桿過(guò)填料時(shí)有明顯大于平時(shí)的阻力，維修人員涂抹潤滑油后，多人合力推進(jìn)氣缸。說(shuō)明密封環(huán)閉合彈簧力超出設計要求，是本次活塞桿表面陶瓷涂層脫落的主要原因。
四、填料密封環(huán)分析整改及活塞桿修復
本壓縮機一二級填料總成如下圖所示，因壓力不同設置層數不同，密封環(huán)材料為填充聚四氟乙烯，填料盒設置冷卻水。
填料組裝要求，安裝前必須清洗填料的各零部件，保證無(wú)油污和其它臟物，正確安裝各層填料盒，保證填料冷卻水路暢通，正確安裝密封環(huán)在填料盒里的先后順序，及軸向間隙，測量密封環(huán)閉合彈簧，新舊彈簧直徑。檢修過(guò)程中，填料密封環(huán)清理很徹底，密封環(huán)安裝次序依照圖紙沒(méi)有錯誤，密封環(huán)軸向間隙0.25mm符合技術(shù)要求，根據拆檢下的舊彈簧，確認閉合彈簧直徑比更換前大了2mm。經(jīng)與廠(chǎng)家溝通，確認彈簧批次有誤。最終更換密封環(huán)彈簧后，填料與活塞桿摩擦力降低。
活塞桿返廠(chǎng)修復，按照陶瓷噴涂要求，確保過(guò)程可控，專(zhuān)人跟進(jìn)，噴涂注意事項：
?、?lài)娡烤嚯x
噴涂距離小，涂層致密，結合強度高，但基體和涂層均過(guò)熱；噴涂距離大，涂層孔隙增加，涂層疏松，涂層材料的沉積效率降低，結合強度下降。一般合適的噴涂距離為50-100mm之間。
?、趪娡拷嵌?/div>
等離子焰流軸線(xiàn)與噴涂工件表面夾角為90°。
?、蹏姌屢苿?dòng)速度
噴槍移動(dòng)速度與工件運動(dòng)線(xiàn)速度的合理匹配對每道涂層的厚度、涂層的均勻性及基體的受熱情況有重要影響，應使噴槍在基體表面的移動(dòng)速度能使每道次新噴涂層壓蓋上一道次涂層。
?、艽碉L(fēng)輔助冷卻
吹不噴涂區域，快速移動(dòng)工件或者噴槍?zhuān)韵繉討?，防止工件變形，減少涂層和工件氧化，也可采用間歇式噴涂方法。
?、菰诓僮髟O備或工作過(guò)程中，如果發(fā)生以下情況時(shí)，應立即關(guān)閉設備（按下急停按鈕）：
1）電流表示數急劇增長(cháng)；
2）設備或噴槍發(fā)出異常聲響；
3）電弧不連續；
4）漏水、漏氣。
?、迖娡繎B續進(jìn)行直到涂層達到足夠的厚度（應留有磨削余量）。
噴涂之后，不應有涂層從基體上明顯起皮或涂層開(kāi)裂的情況。若發(fā)現此類(lèi)缺陷，應除去涂層，重新進(jìn)行預處理和噴涂工序。
五.壓縮機活塞桿表面陶瓷噴涂修復后，運行檢查
活塞桿修復后，維護人員做了無(wú)損著(zhù)色探傷檢測，確認無(wú)微小裂紋。填料密封環(huán)新閉合彈簧到貨后，測量彈簧直徑及長(cháng)度，確認無(wú)誤，回裝試機，運行后，每4小時(shí)測量活塞桿與填料摩擦部位，溫度最高為90°C，達到了預期效果。
六.壓縮機日常維護巡檢加強事項
通過(guò)對本次壓縮機此次故障分析及解決，使設備管理人員及檢修人員在配件領(lǐng)取，新舊配件復核尺寸提高了認識。并且在日常壓縮機巡檢時(shí)有的放矢，通過(guò)觀(guān)察填料冷卻水是否暢通，測量活塞桿溫度，來(lái)判斷填料有無(wú)異常磨損，通過(guò)觀(guān)察曲軸箱呼吸帽的油氣，判斷填料是否有異常泄漏，最終提高壓縮機的巡檢質(zhì)量。
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