刘桂，李西银
（安徽晋煤中能化工股份有限公司，安徽 临泉236400）
［摘 要］ 往复式压缩机活塞组件、十字头连接件故障率高是化工行业压缩机运行中面临的一类较严重的共性问题。结合安徽晋煤中能化工股份有限公司1#合成氨系统等的实际情况，详细介绍其生产系统中MH-92、4M50、JB6M50、6M50S等多种型号压缩机出现的活塞端盖紧固螺栓失效、活塞杆断裂、十字头销频繁断裂、活塞体撞缸等常见活塞组件、十字头组件故障及其改进措施。对压缩机活塞组件、十字头部件实施相应的技改后，保障了往复式压缩机的长周期、稳定运行。
［关键词］ 合成氨系统；往复式压缩机；活塞端盖缺陷；活塞杆断裂；十字头销断裂；活塞体撞缸；故障原因；改造措施
［中图分类号］ TH457［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）04-0052-04
安徽晋煤中能化工股份有限公司（简称中能化工）合成氨系统共有各型号往复式压缩机30余台，往复式压缩机在合成氨生产中一直扮演着“心脏”的角色，其开停机均能造成整个系统波动，往复式压缩机的长周期、稳定运行是整个系统高产、低耗的关键性因素。因工艺、设备、老化（服役时间长）等方面的原因，实际生产过程中往复式压缩机会出现各种各样的故障，其中活塞组件、十字头连接件的故障率较高，这也是化工行业往复式压缩机运行中面临的一类较严重的共性问题。近年来，中能化工针对生产系统中使用的MH-92、4M50、JB6M50、6M50S等多种型号压缩机出现的活塞组件、十字头组件等方面的问题进行了相应的优化改造，取得了良好的效果。以下对部分机组的改造情况作一介绍。
1 MH-92型压缩机出现的故障及改进
1.1 故障及原因
MH-92型压缩机隶属中能化工1#合成氨系统压缩工段，为氢氮气压缩机，七级压缩，两开无备。MH-92型压缩机四/五级活塞尾部端盖（如图1）使用中心衬板和螺栓固定，易出现螺母脱落、螺栓断裂的现象，常常出现因压缩机四/五级活塞撞缸而停车。2015年6月曾发生过一起撞缸事故，拆检发现曲柄连杆机构严重受损——连杆体和曲轴变形，之后更换了曲轴、连杆。
经分析，MH-92型压缩机四/五级活塞尾部端盖紧固螺栓断裂的主要原因是紧固螺栓没有很好的防松措施，虽然中心螺栓在端盖与螺母之间设有弹簧垫，并对螺母实施点焊固定，但这种固定活塞后端盖的方法存在如下缺陷：① 在压缩机长周期运转过程中，中心螺栓产生局部集中疲劳应力，致使螺栓拉长，从而导致中心螺母焊点脱落或螺栓断裂；② 因端盖无定位螺栓，中心螺栓受力拉长使螺母变松时，在活塞运动过程中端盖在活塞尾部发生转动，易产生火花而酿成事故；③ 端盖内设有凹槽，会减弱端盖强度，易使其变形。
1.2 改造措施
针对MH-92型压缩机四/五级活塞尾部端盖的上述缺陷，2015年7月中能化工对其活塞和端盖进行了如下改进：取消中心螺栓和长方形内衬板的紧固，改用端盖螺纹连接（如图2、3所示）。具体做法：取消原端盖上的通孔和内衬板，在端盖外径车M160×2.5的外螺纹，在活塞体尾部车出与之配合的M160×2.5内螺纹，由此避免了采用中心螺栓紧固方式时产生的局部应力；增加端盖厚度，取消端盖中心孔，加强端盖强度，在端盖和活塞体上打孔攻丝，用4只M12×2的沉头内六角螺栓进行定位，防止端盖在活塞尾端转动。
MH-92型压缩机四/五级活塞端盖改进后，改善了端盖在活塞运动过程中的受力情况，避免了中心螺栓断裂和螺母脱落的问题，延长了MH-92型压缩机的运转周期。
2 4M50型压缩机出现的故障及改进
2.1 故障及原因
4M50型压缩机隶属中能化工1#合成氨系统压缩工段，为氢氮气压缩机，七级压缩，四开无备，运行过程中多次出现五段活塞杆断裂的问题，断裂位置主要在葫芦头（上打压体凸台、上外螺母凸台、上锁紧卡块凸台，俗称活塞杆葫芦头）和尾部凸台（如图4）。经分析，主要原因如下。
（1）活塞杆存在设计缺陷，葫芦头和尾部凸台理论尺寸设计过小，而承载气体的压缩负荷较重，一个活塞杆带动三、四、五段活塞体，活塞杆受到较大的冲击载荷，即活塞杆的实际负荷与原设计不符，不能承载活塞实际运行中的载荷。
（2）葫芦头及凸台的过渡圆角R值过小，不符合技术要求，导致应力集中。
（3）活塞杆尾部凸台的定位台阶尺寸与活塞体的实际定位尺寸存在加工误差，原活塞杆定位台阶长度仅为65 mm，而五段活塞体内孔孔壁长122 mm，定位台阶无法与活塞体全面接触定位，导致活塞杆与活塞体之间配合不紧密，不能实现稳妥定位，加剧了活塞杆在运行中的跳动量。
（4）4M50型压缩机长周期连续运行，气缸长期遭到磨损，由此加剧了三段活塞支撑合金的磨损，导致活塞杆跳动量增大。
总之，活塞杆的高频跳动，加上较重的负荷以及应力集中等，最终导致五段活塞杆极易在设计较薄弱的部位——葫芦头和尾部凸台处断裂。
2.2 改造措施
（1）将活塞杆葫芦头加粗5 mm，由原来的φ52 mm/φ82 mm加粗到φ57 mm/φ87 mm，经理论计算，可满足实际负荷对其强度的要求；将葫芦头的过渡圆角（R）由原来的2.0 mm改为3.42 mm，经理论计算，符合过渡圆角经验公式R=0.06D的要求，可充分满足分散应力的要求。
更多内容详见《中氮肥》2019年第4期