往復(fù)式壓縮機(jī)常見(jiàn)故障分析及解決措施

馬 飛

(河南龍宇煤化工有限公司， 河南商丘 476600)

河南龍宇煤化工有限公司一期年產(chǎn)50萬(wàn)t甲醇裝置，其二氧化碳往復(fù)式壓縮機(jī)型號(hào)為6M40—367/81型。當(dāng)?shù)蜏丶状枷囱b置運(yùn)行工況正常時(shí)，對(duì)來(lái)自低溫甲醇洗裝置的低壓二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行壓縮，提升到一定壓力后進(jìn)行精過(guò)濾除油，再將二氧化碳?xì)怏w加熱到一定溫度。當(dāng)?shù)蜏丶状枷囱b置運(yùn)行異常時(shí)，對(duì)來(lái)自空分裝置的低壓氮?dú)膺M(jìn)行壓縮，提升到一定壓力后進(jìn)行精過(guò)濾除油，再將氮?dú)饧訜岬揭欢囟龋斔偷綒饣b置，以作為符合要求的氣化裝置固體物料輸送介質(zhì)。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理

往復(fù)式壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，通過(guò)壓縮氣體的體積使氣體升壓。往復(fù)式壓縮機(jī)工作過(guò)程由以下4個(gè)循環(huán)構(gòu)成。

(1) 膨脹過(guò)程：排氣過(guò)程終了時(shí)，活塞在氣缸中由上一止點(diǎn)向下一止點(diǎn)移動(dòng)，余隙內(nèi)高壓氣體膨脹，直至其壓力低于吸氣壓力。

(2) 吸氣過(guò)程：從吸氣閥開(kāi)始打開(kāi)，直到活塞運(yùn)動(dòng)到止點(diǎn)。

(3) 壓縮過(guò)程：活塞由止點(diǎn)反向運(yùn)行壓縮氣體，使氣體壓力上升，直到排氣閥打開(kāi)。

(4) 排氣過(guò)程：排氣閥打開(kāi)，直到活塞運(yùn)行到止點(diǎn)。

當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿的傳動(dòng)帶動(dòng)十字頭、活塞桿、活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由氣缸內(nèi)壁、氣缸蓋和活塞頂面所構(gòu)成的工作容積發(fā)生周期性變化。自活塞從氣缸蓋處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，氣缸內(nèi)的工作容積逐漸增大，此時(shí)氣體沿進(jìn)氣管推開(kāi)進(jìn)氣閥后進(jìn)入氣缸，直到工作容積變到最大時(shí)，進(jìn)氣閥關(guān)閉。活塞反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)的工作容積縮小，氣體壓力升高，氣缸內(nèi)壓力略高于排氣壓力，排氣閥打開(kāi)，氣體排出氣缸，直到活塞運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，排氣閥關(guān)閉。當(dāng)活塞再次反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，上述過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。總之，曲軸旋轉(zhuǎn)一周，活塞往復(fù)一次，氣缸內(nèi)相繼完成膨脹、吸氣、壓縮、排氣過(guò)程。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)常見(jiàn)故障

2.1 氣閥工作特性及故障分析

要解決氣閥的故障，必須研究壓縮機(jī)氣閥的工作原理及特性。壓縮機(jī)氣閥由閥座、閥片、彈簧和升程限制器組成。以進(jìn)氣閥工作為例，當(dāng)余隙容積膨脹終了時(shí)，若氣缸與閥腔之間的氣體壓力差使閥片上的作用力大于彈簧力和一部分彈簧質(zhì)量力時(shí)，閥片開(kāi)啟。閥片一旦離開(kāi)閥座，便有氣體通過(guò)此縫隙進(jìn)入氣缸，在流入氣體的推力作用下，閥片繼續(xù)上升直至撞到升程限制器。閥片撞擊升程限制器時(shí)會(huì)產(chǎn)生反彈力，當(dāng)反彈力與彈簧力之和大于氣流推力，則會(huì)出現(xiàn)閥片反彈現(xiàn)象。正常情況下，反彈力比較輕微，閥片在氣流推力下會(huì)再次貼到升程限制器上，閥片關(guān)閉[1]。

往復(fù)式壓縮機(jī)中的氣閥是非常重要的零部件，其工作正常與否直接影響壓縮機(jī)的打氣量。在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，氣閥容易出現(xiàn)閥片故障。在氣閥工作過(guò)程中，通過(guò)閥片控制氣流的流動(dòng)方向，同時(shí)改變壓縮機(jī)內(nèi)的壓力。一般情況下，閥片的開(kāi)閉受氣閥兩端影響，其開(kāi)啟的高度主要受限制器的控制。由于閥片經(jīng)常開(kāi)閉，閥片與閥座之間摩擦，造成閥片磨損。同時(shí)，氣閥中的彈簧易出現(xiàn)故障。當(dāng)氣閥開(kāi)閉時(shí)，由彈簧控制排出或吸入外界空氣，以防止外界空氣對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。彈簧使用一段時(shí)間后，容易出現(xiàn)折斷或彈力改變等問(wèn)題，進(jìn)而影響壓縮機(jī)的運(yùn)行效率。

2.2 冷卻水系統(tǒng)故障分析

一旦冷卻水系統(tǒng)發(fā)生故障，則存在氣缸過(guò)熱等問(wèn)題。應(yīng)首先全面檢查，觀察是否出現(xiàn)冷卻水供應(yīng)不足問(wèn)題；其次，全面檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)，明確記錄潤(rùn)滑油供應(yīng)量;最后，全面檢查十字頭滑道、氣缸及排氣閥等位置，以確定冷卻水故障的發(fā)生原因。如十字頭滑道、氣缸或排氣閥出現(xiàn)故障，應(yīng)停止使用往復(fù)式壓縮機(jī)，由技術(shù)人員進(jìn)行徹底檢修。總而言之，作為往復(fù)式壓縮機(jī)的主要組成部分，冷卻水系統(tǒng)故障有可能是水與氣體相融合而引起。因水不能被壓縮，一旦水進(jìn)到工藝氣系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生一系列不可預(yù)估的事故[2]。

2.3 活塞環(huán)故障分析

活塞環(huán)鑲嵌在活塞溝槽中，在往復(fù)式壓縮機(jī)使用過(guò)程中，非常容易被損壞。一般情況下，活塞環(huán)由灰鑄鐵加工而成，其自身具有一定的彈力，可緊貼在活塞環(huán)的槽面上以防止活塞出現(xiàn)泄漏。大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，活塞環(huán)故障原因與壓縮機(jī)內(nèi)壓縮氣體量過(guò)大存在密切關(guān)系，因此要控制好機(jī)組負(fù)荷，嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行。一旦活塞環(huán)出現(xiàn)故障，則填料環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)溫度異常上升現(xiàn)象，甚至引發(fā)漏氣或漏水事故，造成填料異常或燒傷，直接威脅工作人員的生命健康安全。由此可見(jiàn)，判斷活塞環(huán)故障時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員必須提前全面檢查填料盒，分別排除回收、保護(hù)氣、冷卻及潤(rùn)滑等環(huán)節(jié)的問(wèn)題，做好管道的日常清潔及維護(hù)工作，觀察填料盒與光線接觸情況。此外，活塞環(huán)、活塞及氣缸間的嚴(yán)重磨損，會(huì)增大活塞與氣缸間的間隙，影響排氣量。

3 解決措施

3.1 氣閥

在正常操作條件下，可根據(jù)異常情況進(jìn)行對(duì)比分析，判斷氣閥是否工作正常。

(1) 從排氣壓力判斷

如排氣壓力低于工作壓力的正常值，判定為排氣閥串氣。排氣壓力越低，排氣閥串氣越嚴(yán)重。同樣，除末級(jí)以外，排氣壓力異常升高，則判定為下一級(jí)吸氣閥串氣。

(2) 從排氣溫度判斷

由于氣閥串氣，氣缸內(nèi)部分氣體反復(fù)被壓縮、膨脹，造成排氣溫度升高。閥片串氣越嚴(yán)重，排氣溫度越高。

(3) 從單個(gè)氣閥的溫升判斷

用紅外測(cè)溫儀對(duì)同一級(jí)同組氣閥(吸氣或排氣)閥蓋進(jìn)行測(cè)溫比對(duì)，溫度異常高的氣閥，判斷為氣閥工作異常；比對(duì)溫差越大，說(shuō)明氣閥損壞越嚴(yán)重[3]。

(4) 從排氣流量來(lái)判斷

由于氣閥運(yùn)行故障，往復(fù)式壓縮機(jī)工作效率降低，排氣流量不同程度下降。為避免運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，工作人員需要及時(shí)對(duì)氣閥進(jìn)行更換處理。

3.2 冷卻水系統(tǒng)

由于冷卻水系統(tǒng)故障會(huì)引起氣缸溫度異常上升，要求相關(guān)技術(shù)人員必須靈活調(diào)節(jié)冷卻水供給量，充分發(fā)揮冷卻降溫作用，以達(dá)到控制氣缸溫度的要求。在實(shí)際處理過(guò)程中，必須定期安排檢查冷卻水系統(tǒng)，全面清理氣缸缸套的水垢，定期清理?yè)Q熱器管束，以提高換熱效果。一旦零部件出現(xiàn)磨損，及時(shí)更換，以最大程度延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。同時(shí)調(diào)整氣缸與活塞的距離以減小磨損，控制氣缸溫度，確保氣缸始終處于正常工作狀態(tài)。

3.3 活塞環(huán)

作為往復(fù)式壓縮機(jī)中重要的核心部件之一，活塞環(huán)的故障最為常見(jiàn)。實(shí)際處理過(guò)程中，技術(shù)工作人員要更加重視活塞環(huán)設(shè)計(jì)，保證活塞環(huán)開(kāi)口間隙符合要求，重點(diǎn)檢查壓縮機(jī)潤(rùn)滑情況及氣體排溫情況，解決活塞環(huán)表面粗糙問(wèn)題。活塞環(huán)的磨損嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)泄漏量增大，此時(shí)工作人員需要更換活塞環(huán)，防止引發(fā)安全事故。活塞環(huán)的磨損相對(duì)輕微時(shí)，可以加大注油量。停機(jī)檢修時(shí)，清洗管路、研磨氣缸、調(diào)整活塞環(huán)熱間隙等措施是減少活塞環(huán)故障的必要手段[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

往復(fù)式壓縮機(jī)使用中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，一定要對(duì)其故障原因進(jìn)行分析，依次“對(duì)癥下藥”，才能對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)處理。