【壓縮機網(wǎng)】引言

 

　　“十二五”以來，煤層氣在非常規(guī)天然氣領域開采占比加重，中石油在沁水盆地南部樊莊-鄭莊區(qū)塊進行大規(guī)模煤層氣開采，主要由進口活塞壓縮機承擔煤層氣的增壓外輸。進口壓縮機組因其操作簡單、性能可靠、故障率低等優(yōu)點，在國內(nèi)各大油田天然氣增壓領域擁有較大的使用量。區(qū)別于常規(guī)天然氣，煤層氣集輸具有進氣壓力低、氣體中含有少量粉煤灰等雜質(zhì)加劇了活塞組件的運行磨損，各壓縮機組陸續(xù)出現(xiàn)了活塞組件異常磨損失效的故障。然而，進口活塞組件采購成本高，采購周期長，對煤層氣的穩(wěn)定生產(chǎn)影響巨大。因此，研發(fā)、制造出可替代進口活塞組件的國產(chǎn)活塞組件是大勢所趨。本文將對國產(chǎn)化活塞組件在進口壓縮機上的研究應用過程進行詳細的闡述。
 

　　研制

 

　　在壓縮機中，活塞與氣缸構(gòu)成了壓縮容積，在常規(guī)設計的基礎上煤層氣壓縮機活塞側(cè)重要求如下：

 

　　（1）有足夠的強度和剛度，耐磨性好，可以存在少量煤灰；

 

　　（2）活塞與缸套有與現(xiàn)場工況匹配的z*佳配合間隙，活塞膨脹系數(shù)小；

 

　　（3）針對對稱平衡式兩級壓縮的壓縮機，活塞重量嚴格執(zhí)行API618標準要求；

 

　　（4）制造工藝性好，避免應力集中。

 

　　利用從該進口壓縮機中更換下來的廢舊21"活塞組件作為研究對象（如圖1所示），該活塞為雙作用組合結(jié)構(gòu)活塞。

 

 

　　1、材質(zhì)確定

 

　　該活塞組件在長期運行中，活塞環(huán)槽出現(xiàn)異常磨損，導致活塞環(huán)斷裂，無法繼續(xù)使用。經(jīng)取樣進行晶相分析，獲得其密度為2.8g/cm3，其化學組分見表1。

 

 

　　經(jīng)過分析選用與之性能相符的鋁合金6061，使國產(chǎn)化的活塞的重量、抗腐蝕性等與進口活塞一致。

 

　　2、確定工藝

 

　　進口活塞的非加工面的光潔度非常高，機加工表面氣孔率非常低。通過查閱資料進行分析，進口活塞使用的鑄造工藝為低壓鑄造工藝。

 

　　3、時效處理

 

　　為預防成品活塞變形并提高活塞的加工性，需對毛坯進行時效處理，至毛坯達到基本穩(wěn)定狀態(tài)后，再對毛坯進行后續(xù)加工。

 

　　活塞加工過程中的精加工和比較重要的加工工序采用數(shù)控機床，粗工序采用普通車床加工，以提高活塞精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

 

　　4、探傷

 

　　因低壓鑄造常常會出現(xiàn)氣孔、夾渣、收縮等現(xiàn)象，將會對活塞功能產(chǎn)生致命的影響，需對毛坯進行探傷檢驗，確認活塞毛坯的致密度一致。

 

　　5、尺寸確認

 

　　經(jīng)查閱API618標準及進口零件手冊，并進行現(xiàn)場測量了主要參數(shù)，見表2。

 

 

　　6、成品活塞表面處理

 

　　通過高效連續(xù)時效熱處理爐，采用了國內(nèi)外較為先進的直接淬火+時效的熱處理方式。該方式對淬火用水溫、工人技能、工藝執(zhí)行力要求較為嚴格，去除了活塞固溶過程，節(jié)約了固溶加熱的能源消耗，減少了工序周轉(zhuǎn)次數(shù)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。同時對活塞的表面進行了陽極化處理，經(jīng)測量，進口活塞外表面的硬度約為HV390。因此，對成品活塞進行表面陽極化處理；重點控制介質(zhì)溫度、電流密度、氧化時間等參數(shù)，使得成品活塞的表面硬度保持在HV400左右，以提高其耐磨性、耐腐蝕性和其疲勞強度，圖2為加工處理后的活塞。

 

 

　　試裝

 

　　成品活塞經(jīng)過多次檢驗，確保其滿足使用要求后，將其試裝到進口壓縮機上。試裝時，對壓縮機的配重進行了復核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該列活塞組件、十字頭及連桿的重量之和，與之相對列的重量差僅為170g，完全滿足了原進口廠家規(guī)定的配重重量差不大于1磅的技術要求，同時該活塞與活塞環(huán)的配合間隙，活塞裝配后的內(nèi)外死點的壓縮余隙，完全符合了API618標準要求。

 

　　試車

 

　　壓縮機組經(jīng)歷了1min、10min、30min間歇空載試機及72h的負載試機，壓縮機油壓、油溫、排氣溫度、機組振動、排氣壓力及排氣量等參數(shù)無異常。

 

　　拆檢分析

 

　　壓縮機組持續(xù)運行2000h、4000h，機組運行情況及各項參數(shù)正常，同時對國產(chǎn)化活塞進行了拆解，檢查了該國產(chǎn)化活塞的相關尺寸參數(shù)，經(jīng)歷負載工作后，該國產(chǎn)化活塞未發(fā)生任何異常磨損現(xiàn)象，全部檢驗數(shù)據(jù)與裝配時的尺寸參數(shù)基本一致。

 

　　結(jié)論

 

　　1、使用分析

 

　　通過檢測、試制、試裝、負載試驗，分析該壓縮機組在更換國產(chǎn)化活塞前后運行記錄參數(shù)，確認了國產(chǎn)化活塞組件研制成功，可以滿足煤層氣進口壓縮機要求。

 

　　2、國產(chǎn)與進口活塞對比

 

　　國產(chǎn)化壓縮機活塞價格為進口活塞的1/4以下，根據(jù)目前使用量，每年可以為企業(yè)節(jié)省采購成本150萬元以上；進口活塞采購周期一般為6個月以上，國產(chǎn)活塞采購周期為1個月，符合使用需求，降低了活塞故障對生產(chǎn)的影響。

 

　　進口配件國產(chǎn)化是一項技術性較高的工作，很可能不會一次成功，國產(chǎn)化工作技術難度大、風險大、工作復雜，需各級管理者、維修人員、操作人員密切配合，制定周密的試驗計劃。推動進口壓縮機配件國產(chǎn)化，可以大幅度降低配件采購成本和采購周期，縮短維修時間，提高煤層氣的生產(chǎn)效率。

 

　　參考文獻

　　[1] 孫曉，王艷艷，王磊，張斌.鋁合金活塞制造工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].內(nèi)燃機與配件，2010，5.

　　[2] 郁永章，姜培正，孫嗣瑩.壓縮機工程手冊[M].北京：中國石化出版社，2012.

　　[3] 劉慧春.往復式活塞壓縮機故障分析與處理[J].石油化工設備技術.

　　[4] 陳超偉，鐵占續(xù)，孫付偉，程艷霞.活塞壓縮機的優(yōu)化設計及試驗研究[J].壓縮機技術，2007，4.

　　[5] 郁永章，高秀峰.國內(nèi)外壓縮機學術研究近況[J].壓縮機技術，2007，4.

　　[6] 虞明.縮機的活塞制造工藝優(yōu)化[J].壓縮機技術，2007，2.

　　[7] 田煒，陳洪明，梅永貴，李新彩.沁水盆地南部樊莊區(qū)塊地面集輸工藝優(yōu)化與思考[J].天然氣工業(yè)，2011，11.

　　[8] 姬忠禮，鄧志安，趙會軍.泵和壓縮機[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008，1.

　　[9] 袁兆成援內(nèi)燃機設計[M]援北京：機械工業(yè)出版社，2008