空壓機低溫啟動機械自動開關式 密封擋板實驗與研究

李樹祥

秦皇島發電責任有限公司，河北秦皇島，066003

0 引言

秦皇島電廠空壓機房每次到了冬季都存在空壓機房內環境溫度很低，需要運行人員和維護人員共同操作，復雜且存在不及時性，對需要啟動的空壓機主機進行加熱升溫，以提升空壓機主機潤滑系統的阻力和潤滑性能，否則會造成主機不能成功啟動或者造成主機和電機的嚴重損壞。目前提升北方區域冬季空壓機廠房內環境溫度，解決螺桿空壓機行業的低溫啟動困難是目前行業普遍存在的問題。我公司針對此情況進行立項，現場試驗成功，提出了在螺桿空壓機的出口風道上加裝新型的機械自動式密封擋板。目的是解決停機的空壓機低溫環境下順利啟動，切斷停止運行的空壓機通過排風口吸入的冷空氣導致的環境溫度低，為后續即將運行的空壓機順利啟動創造適宜的啟動溫度。通過該研究思路，研究密封擋板的結構組成和安裝。用非常低的資金投入，實現自動開關，保證空壓機房內環境啟動時最低溫度的要求，大大提升了空壓機主機設備的安全可靠性和及時性[1-2]。空壓機低溫啟動存在巨大安全隱患是一個行業難題。據了解目前此方面沒有很好的提升溫度的措施。只有運行人員在啟動空壓機的時候，檢修維護人員做好主機升溫措施。我們利用空壓機排氣存在較強壓力的特點，對空壓機廠房內部冬季環境溫度低提出了針對性很強的創新改造措施。利用杠桿平衡原理，加裝制作機械式自動開關密封擋板，明顯提升北方區域冬季空壓機廠房內環境溫度，解決了目前螺桿空壓機行業的低溫啟動困難的問題。

1 項目研究的意義和社會經濟效益

該項目明顯提升北方區域冬季空壓機廠房內環境溫度，大大減少檢修人員的烘烤加熱措施，減少運行人員繁瑣的、危險性高的操作量，大大提升設備啟動的及時性、可靠性、安全性。用非常低的資金投入，實現自動開關，保證空壓機低溫順利啟動，大大提升設備及人員的安全可靠性，值得在空壓機領域推廣。

我們以1臺英格索蘭26立方方螺桿空壓機為例，如果因為低溫啟動操作不當，導致主機頭報廢和低壓380V、160kW電機報廢，直接經濟損失分別為12萬和6萬。這還不包括因空壓機低溫啟動不當造成廠用壓縮空氣系統及干除灰壓縮空氣系統由于壓縮空氣壓力不足，直接威脅機組氣動執行機構的正常開啟而帶來的機組穩定運行的危險性后果。裝機容量為1000MW的電廠，像水泥廠、港口、鋼廠等企業都需要螺桿式空壓機，即使一家單位一年有一次這樣的事故發生，直接經濟損失就是18萬元。僅目前全國類似火電企業就有3000多家，都面臨空壓機低溫啟動這一難題。所以直接經濟效益和間接經濟效益可以達到幾億元。對企業降低設備治理成本具有推廣意義[3-4]。

2 項目研究解決的關鍵技術問題及創新點

解決了目前螺桿空壓機行業的低溫啟動困難的問題。避免空壓機主機因運行操作不當導致的整機報廢，消除了因空壓機不能及時安全啟動導致的壓縮空氣系統壓力低導致的整個運行機組的安全穩定運行問題。

該項目研究的創新點主要是該型擋板安裝簡便，對空間要求低。利用杠桿平衡原理改型擋板制作費用極低，現場安裝后牢固、耐用、安全穩定。

3 低溫啟動危險性及啟動措施淺言

螺桿式空氣壓縮機低溫啟動困難是目前壓縮機運行操作中的很關鍵的難點，對運行人員和螺桿空壓機設備來說都是一個嚴峻挑戰。這就要求我們運行維護人員確認周圍環境溫度是否在5℃以上（目前一般經驗要求是0℃以上，本文從安全角度闡述提出5℃以上），冬季低溫螺桿空壓機經常會出現無法啟動原因，冬季空壓機機房要做好供暖措施，因為低溫環境下啟動空壓機時，潤滑油黏度增大流動性差，導致機組各潤滑部位油粘度高（排出電壓相對偏低，容易造成主機無法啟動情況），其次低溫會使得冷凝水不易析出而停留在機組內容易出現結冰，損壞管路、閥門、冷卻器等部件。螺桿空壓機低溫不啟動可從以下幾點入手：一是機房供暖；二是選用耐低溫的全合成機油；三是正確的空壓機的使用方式。冬季在空壓機使用之前應先觀察油品是否存在流動性變差或者凝固的現象，如果溫度過低，就要采用加熱裝置對油分離器及主機部位加熱，最低保持到高溫15℃左右，打開機蓋手動盤車2～3圈看轉動是否靈活無卡澀，觀察潤滑油位是否正常，具備條件后方可啟動空壓機。點動空壓機3～4次，空壓機運轉一段時間后方可加載。空壓機停機時要將管道、儲氣罐、冷干機等排水閥打開，將里面冷凝水排放干凈后再關閉閥門。這里每一個環節操作都非常嚴格，操作不當容易引起油分破裂、供油不足、機頭卡死等惡性故障，造成設備嚴重損壞和廠用壓縮空氣系統及干除灰壓縮空氣系統由于壓縮空氣壓力不足，威脅機組氣動執行機構的正常開啟[5]。

我們北方電廠使用的空壓機一般都安裝在廠房內，使用的一般都是全合成的潤滑機油，運行使用時間一般為5000至8000小時，且潤滑油價格昂貴，不易因啟動而頻繁更換。對運行檢修人員采取加熱油分離器及主機頭的工作既危險又不易掌握好啟動條件，另外一個因素是時間緊張，不及時啟動造成壓縮空氣系統壓力拉低影響氣動設備安全工作和機組安全運行。本文從另外一個角度提出針對性很強的措施保證了螺桿空壓機低溫啟動的難題。

4 環境低溫產生的原因分析

空壓機廠房一般都是密閉的建筑空間，廠房南北兩側設有窗戶采光，一般北側設有進氣孔道，進氣孔道可以調節開口大小。空壓機吸收廠房內的原空氣進行工作，廠房內空氣被吸走形成廠房內部負壓，通過進氣孔道源源不斷地吸進新的空氣進行補充，保持總體內外壓力平衡。良好的氣壓平衡循環是根據空壓機的功率、進氣孔道通徑截面積和空壓機的吸氣通道截面積大小等因素決定的。需要說明的是北方冬季即使里面采暖效果再好，由于廠房內的空氣源源不斷地被空壓機吸走，廠房外面的冷空氣不斷地吸入，里面的環境溫度也會很低。環境低溫對于已經運行起來的空壓機機組影響不大，因為運行的空壓機會產生很多熱量[6]。而環境低溫對于目前停機需要馬上投入運行的空壓機來說啟動運行卻是致命的威脅。原因就是此時對于目前停機需要馬上投入運行的空壓機，由于停機時通過排風通道吸入的冷空氣導致機組溫度很低，空壓機啟動難度和啟動危險因素大增，潤滑油系統建立不了良性循環，即使啟動前5秒采用星三角轉換也不能成功，會對主機和電機造成嚴重損壞。空壓機廠房內外空氣平衡示意圖如圖1所示。

5 提高環境溫度、創新改造方案的策略與實施

要解決停機的空壓機順利啟動，就要達到機組本身環境溫度最低保持在5℃以上，我們就要切斷通過排風口源源不斷吸入的冷空氣，這就要求空壓機運行時排風口自動打開，停機時排風口自動關閉。第一種投入資金高，施工難度大，具體思路就是利用聯啟功能，加裝聯啟控制電路，給控制擋板開關的開關電機觸發信號，和空壓機同步啟停，前提是安裝好隔絕密封擋板。但是存在投入資金高、空間結構限制且施工安裝難度太大的制約因素。第二種思路利用空壓機排氣存在較強壓力的特點，我們利用杠桿平衡原理，利用平衡重錘和手柄桿的重力矩等于密封擋板的重力矩，加裝制作機械自動開啟關閉式密封擋板解決這個問題，這種方案優點是投入資金少，且施工難度小，備件不易損壞。具體就是第一部分為2個軸承座，用于在風道上安裝固定擋板軸；第二部分為密封擋板，用來開關隔絕空氣流；第三部分為密封擋板下方托架，用于空壓機停機運行，密封擋板關閉時擋板搭在托架上，防止上下擺動，另外還起到一個密封的作用；第四部分為密封擋板軸，起到連接固定擋板開關的作用；第五部分為重錘手柄，起到空壓機停運時平衡擋板處于關位的作用；第六部分為附件連接件，螺栓和緊固鋼帶，用于部件連接的作用。軸和擋板剛性固定，平時擋板搭在出口風道內部的托架上，當空壓機啟動后，擋板受到出口風力的影響，重錘手柄和擋板的自平衡受到外力破壞而自動打開，停機時由于沒有出口風力，利用平衡原理而自動關閉。通過這個措施保證機房內氣流平衡和適宜溫度。我們在論證這一創新改造方案后，對我公司一期干除灰空壓機房的4臺空壓機的安裝空間及出口風道的結構進行分析，已經在一期干除灰#1空壓機做了加裝自動密封擋板的配重試驗和實踐安裝半年多，效果非常理想，每次空壓機啟停均能實現自動開關[7]。最終決定申報小型技改項目，決定在2021年8月對剩下的3臺空壓機進行全部改造。空壓機風道安裝和擋板開關立體示意圖如圖2、圖3所示。該改造極大降低了運行操作人員低溫啟動空壓機的操作難度和危險因素，有效解決了低溫環境嚴重影響空螺桿壓機低溫啟動的安全難題。

6 結語

本文通過說明對于電廠的系統設備存在的安全隱患問題，要根據現場實際情況，認真全面分析，找到問題的癥結所在，一定要結合設備運行工況及所安裝的空間結構進行具體分析，用最低的資金投入達到我們對設備改造后可靠安全運行的目的。