活塞式壓縮機問題分析與優化

王衛宇

摘 要：在化工行業中，壓縮機必不可少，活塞是壓縮機由于壓力范圍大、效率高、適應性強，在企業中應用更為廣泛。該篇從工藝介質、活塞環的材質及數量、氣閥等方面介紹了活塞壓縮機的故障分析及處置措施，對活塞式壓縮機的使用與維護有很高的借鑒意義。

關鍵詞：活塞環;氣閥;組分;粉末

1 設備概述

我公司采用4TDS130型4級活塞式氫氣壓縮機（圖1），電機功率560KW，額定質量流量390kg/h，一級進氣壓力160kPag，四級排氣壓力3500kPag，轉速490r/min。主要由工作腔、傳動部件、機身及輔助部件組成。工作腔直接用來壓縮氣體，由氣缸、氣缸套、氣閥、填料、活塞及活塞桿組成。壓縮升壓后的氫氣供氫化系統的合成爐進行反應。在設備運行4000h時，壓縮機二級排氣溫度、壓力出現比設計值高的情況，是公司平穩經營的風險隱患，因此解決壓縮機二級排氣溫度、壓力高的問題迫在眉睫。

2 拆解情況

經過拆解發現各級氣閥、缸體（圖2）堆積黑色粉末，其中三、四級粉末較多，四級活塞環磨損嚴重（圖3）。

活塞環經過專業測量，已超過磨損極限7.8mm，無法正常使用。

3 原因分析

通過多方面的觀察分析、專業測量發現造成上述問題的原因主要有以下幾方面：

3.1經分析壓縮氫氣中混入硅烷氣，進入壓縮機的硅烷氣高溫分解，壓縮機缸體內產生的硅粉，在活塞作功時，活塞環與硅粉接觸摩擦，導致缸體內附著活塞環磨損的黑色粉末。

3.2 由于壓縮機氣缸內粉末的存在，導致四級活塞環異常磨損速率較快，在氣體壓縮過程中，使四級氣缸內少量氣體竄入平衡腔。由于三級吸入口直通平衡腔，因此導致三級吸氣壓力升高，二級排氣受阻，進而使得二級排氣壓力升高。此狀況會隨著四級活塞環磨損的加劇愈發嚴重，最終會使得二級排氣壓力明顯升高（溫度同時也上漲），超過壓縮機報警值甚至導致跳車。

4 優化方案

改善壓縮機各級活塞環和導向環（特別是四級活塞環）的耐磨性能，提高部件使用壽命，延長壓縮機正常運行時間。

建議改善工藝，減少進入壓縮機的硅烷氣，減少壓縮機內產生的粉末量，延長壓縮機部件使用壽命。

增加活塞環、導向環數量的技改一是可以將原機活塞增加活塞環槽和導向環槽數。

經拆解發現三、四級粉末較多，分析增加級間過濾器可以解決。針對機組二級排氣溫度高的問題，考慮增加冷卻器。

在氣閥設計上，減小1&3&4 級氣閥余隙容積，加大2級氣閥余隙容積，通過槽道和升程設計，將各級氣閥的關閉角控制在170°～180°之間，氣閥運動部件增加減震栓，避免產生諧頻共振、避開閥片產生震顫和延遲關閉的運行區域，減低氣閥在運行過程中的內泄漏。

5 結語

通過此次的優化改進，清楚的認識到該活塞壓縮機問題根源，為后續的使用與維護提供了重要依據。同時活塞壓縮機在設計制造、檢修維護是，要充分考慮以上幾個方面。針對不同地區、不同工況，設計、裝配參數要結合當地實際條件而定。

參考文獻：

[1] 周國良. 壓縮機維修手冊[M].北京：化學工業出版社.2010