[摘要]：針對(duì)高壓空氣系統(tǒng)中CFA34往復(fù)壓縮機(jī)末級(jí)排氣溫度高報(bào)警故障，通過對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)排氣溫度

高常見原因分析，從氣閥、活塞環(huán)、中間水冷器、進(jìn)氣緩沖罐濾網(wǎng)、冷干機(jī)等進(jìn)行故障排查，找到故障癥結(jié)并提出處理措施，為此類往復(fù)壓縮機(jī)故障分析與處理提供了參考。

[關(guān)鍵詞]：壓縮機(jī)；排氣溫度；原因分析；故障處理

中圖分類號(hào)：TH457 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1006-2971（2020）01-0057-04

1 引言

往復(fù)壓縮機(jī)在石油化工、航空航天、艦船交通等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用，在氣體壓縮設(shè)備中占據(jù)著重要地位。在高壓氣體壓縮中，多用往復(fù)式壓縮機(jī)經(jīng)過多級(jí)壓縮達(dá)到用戶所需的壓力要求。為使壓力、流量達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)壓縮機(jī)各級(jí)進(jìn)、排氣溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)于使用注油潤滑的壓縮機(jī)來說，若排氣溫度過高，會(huì)使?jié)櫥偷恼扯冉档停瑵櫥托阅芟陆?，甚至?xí)斐伞胺e碳”現(xiàn)象。實(shí)踐證明，當(dāng)壓縮機(jī)排氣溫度過高時(shí)，產(chǎn)生的積碳不僅能使氣閥、水冷器的通道堵塞，而且能使活塞環(huán)卡死在槽里，失去密封作用，積碳遇上靜電作用或撞擊作用就會(huì)發(fā)生燃爆事故。因此，必須采取有效措施，來嚴(yán)格控制壓縮機(jī)排氣溫度。

2 壓縮機(jī)組簡介

2.1 工藝流程

該壓縮機(jī)組系統(tǒng)主要由2臺(tái)GR200W型螺桿機(jī)、1臺(tái)冷干機(jī)、中間洗滌罐、1臺(tái)CFA34往復(fù)壓縮機(jī)、中間冷卻器、1臺(tái)MAD0500/32干燥器構(gòu)成。前級(jí)經(jīng)螺桿機(jī)增壓至1.5~1.9 MPa，再經(jīng)往復(fù)壓縮機(jī)四級(jí)壓縮，最終排氣壓力為22/32 MPa兩個(gè)等級(jí)，額定流量45 m3/min。工藝流程如圖1。

2.2 技術(shù)參數(shù)

2臺(tái)螺桿機(jī)為阿特拉斯GR200W型螺桿機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：壓縮級(jí)數(shù)2級(jí)；進(jìn)氣溫度≤40 ℃；吸氣量23.1 Nm3/min；最大工作壓力1.9 MPa。往復(fù)壓縮機(jī)采用卡麥隆CFA34型活塞機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：壓縮級(jí)數(shù)4級(jí)；進(jìn)氣溫度≤50 ℃；最終排氣溫度≤60 ℃；1級(jí)吸氣壓力1.5~1.9 MPa；各級(jí)排氣壓力最大值3.9/8.6/21/32 MPa；潤滑油壓力0.35 ~0.8 MPa；各級(jí)排氣溫度上限值150/150/150/120 ℃。

3 往復(fù)壓縮機(jī)排氣溫度高常見原因分析

3.1 活塞環(huán)泄漏引起的排氣溫度高

活塞環(huán)是密封氣缸鏡面和活塞間縫隙的元件，同時(shí)還起到布油和導(dǎo)熱作用。如果在氣體壓縮過程中活塞環(huán)泄漏，高壓側(cè)的高溫氣體泄漏至低壓側(cè)，導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)活塞再次壓縮時(shí)，原吸氣側(cè)的氣體被再次壓縮，而高壓側(cè)的高溫氣體再次泄漏至低壓側(cè)，在活塞數(shù)次循環(huán)工作過程中，排氣溫度將會(huì)持續(xù)升高。導(dǎo)致活塞環(huán)泄漏的原因主要有，活塞環(huán)使用時(shí)間過長，磨損嚴(yán)重，磨損后其圓錐度、橢圓度超過公差太大；活塞環(huán)因潤滑油質(zhì)量不好或注油量不夠，使氣缸溫度過高；活塞環(huán)裝入時(shí)的開口間隙過小，導(dǎo)致受熱膨脹卡?。换钊麠U、十字頭、連桿安裝時(shí)不對(duì)中偏斜，使活塞環(huán)偏磨；活塞環(huán)的材質(zhì)不符合硬度及膨脹要求等。

3.2 氣閥泄漏引起的排氣溫度高

氣閥是活塞式壓縮機(jī)的主要工作部件之一，其作用是控制氣體及時(shí)吸入和排出氣缸。進(jìn)、排氣閥泄漏都會(huì)引起排氣溫度的升高。如排氣閥泄漏，在吸入過程中處于氣缸排氣腔的高溫氣體會(huì)通過排氣閥被吸入到氣缸中，導(dǎo)致氣缸內(nèi)吸氣側(cè)溫度升高。當(dāng)壓縮時(shí)，被吸入氣缸的高溫氣體被再次壓縮，在數(shù)次的壓縮循環(huán)中，有部分氣體被循環(huán)多次壓縮，使溫度累計(jì)上升。而吸氣閥出現(xiàn)泄漏，會(huì)使下一級(jí)吸氣量減少而導(dǎo)致本級(jí)排氣壓力、溫度升高。

氣閥泄漏主要原因有，氣閥裝配不擔(dān)當(dāng)；閥片與閥座之間卡入金屬碎片或雜物；氣閥彈簧不適當(dāng)，彈力過弱或過強(qiáng)，影響排氣量；氣閥積碳過多，影響開閉。

3.3 水冷器冷卻效果差引起的排氣溫度高

中間水冷器主要對(duì)各級(jí)排出的高溫氣體進(jìn)行冷卻，使進(jìn)入下一級(jí)壓縮的氣體溫度降低，從而接近等溫壓縮，達(dá)到最佳功耗。而中間水冷器冷卻效果差，會(huì)使進(jìn)入下一級(jí)壓縮的氣體溫度偏高，從而導(dǎo)致各級(jí)排氣溫度升高。中間水冷器使用的冷卻水是帶走壓縮空氣熱量的主要媒介，由換熱公式

因此，冷卻水作為冷卻媒介帶走的熱量，與冷卻水的水溫、流量密切相關(guān)。根據(jù)能量守恒定律，冷卻水的進(jìn)水溫度越低，換熱后的壓縮空氣溫度也會(huì)越低。冷卻水管的橫切面積s固定不變，冷卻水流速與水壓成正比，水壓越高冷卻水流量m越大。冷卻水的流量m越大，帶走的熱量Q也越多。

綜上導(dǎo)致中間水冷器冷卻效果差的原因主要有，冷卻器冷卻水水壓過低導(dǎo)致流量不夠；冷卻器冷卻水進(jìn)水溫度過高；冷卻器水管路積垢嚴(yán)重或堵塞；冷卻器氣管路積碳嚴(yán)重或堵塞；使用的冷卻水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)；冷卻器設(shè)計(jì)的換熱面積或余量不夠。

3.4 壓縮比過大引起的排氣溫度高

往復(fù)壓縮機(jī)絕熱壓縮計(jì)算公式

從上式可知，排氣溫度Td與壓縮比ε成正比，壓縮比越大，排氣溫度越高。導(dǎo)致往復(fù)壓縮機(jī)各級(jí)壓縮比變大的主要原因有，進(jìn)氣濾網(wǎng)或管道堵塞；級(jí)間過濾器濾芯阻力過大；氣缸余隙過小，使死點(diǎn)壓縮比過大等。

4 CFA34往復(fù)壓縮機(jī)排氣溫度高實(shí)例分析及處理

4.1 故障現(xiàn)象

2019年6月29日1#壓縮機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行8 h后，檢測(cè)到最終排氣溫度高（60 ℃） 報(bào)警自動(dòng)停車。查閱歷史運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn)，1#壓縮機(jī)組最終排氣平均溫度由（45℃） 逐漸升高至報(bào)警值（60 ℃），一級(jí)排氣溫度由原（136℃） 升高到（144 ℃），且平均瞬時(shí)流量從40 m3/min下降到34.1 m3/min。

4.2 原因查找與處理

針對(duì)末級(jí)排氣溫度高報(bào)警故障，先對(duì)各級(jí)進(jìn)、排氣閥以及活塞環(huán)進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。利用手持式測(cè)溫槍對(duì)三、四級(jí)中間水冷器進(jìn)、出氣溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)，數(shù)據(jù)如表1。

檢查一到四級(jí)水冷器水壓為0.35 MPa，進(jìn)水溫度為27℃，均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，且各級(jí)氣缸進(jìn)氣溫度設(shè)計(jì)值為小于50℃。從表1可以看出一、二級(jí)中間水冷器冷卻后的壓縮空氣可以滿足氣缸對(duì)進(jìn)氣溫度的要求，但三、四級(jí)中間水冷器效果差，冷卻后的壓縮空氣均高于50℃。對(duì)三、四級(jí)中間水冷器進(jìn)行拆卸檢查，在水管路發(fā)現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重，并在氣管路發(fā)現(xiàn)大量的積碳和油垢，且部分氣管路內(nèi)部通道被堵死，如圖2。

因三、四級(jí)中間水冷器為螺旋形內(nèi)管冷卻器，內(nèi)管孔徑小，管內(nèi)機(jī)械清洗困難。為疏通氣路內(nèi)管和清洗水路水垢，先利用四氯化碳（CCl4）和檸檬酸（C6H8O7·H2O）分別對(duì)氣路內(nèi)管和水路管道進(jìn)行浸泡后，再用高壓水槍進(jìn)行清洗疏通。

在查閱歷史參數(shù)發(fā)現(xiàn)，往復(fù)壓縮機(jī)一級(jí)排氣壓力偏低，一級(jí)排氣溫度反而升高。針對(duì)此現(xiàn)象，拆一級(jí)進(jìn)氣緩沖罐錐形濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)錐形濾網(wǎng)被大量的鐵銹堵塞，一級(jí)進(jìn)氣管道內(nèi)壁銹蝕嚴(yán)重，如圖3。

在利用螺桿機(jī)吹掃一級(jí)進(jìn)氣管道時(shí)，發(fā)現(xiàn)吹出的空氣含大量的液態(tài)水。為找到一級(jí)進(jìn)氣空氣含水原因，檢查螺桿機(jī)水冷器及冷干機(jī)，螺桿機(jī)水冷器試壓均無泄漏，但從冷干機(jī)排污處發(fā)現(xiàn)大量的液態(tài)水未排盡。從圖1工藝流程可以看出，螺桿機(jī)生產(chǎn)的壓縮空氣經(jīng)過冷干機(jī)冷卻后，并未設(shè)置冷凝水收集器，而壓縮空氣經(jīng)冷干機(jī)冷卻后會(huì)析出大量的冷凝液滴。冷凝水經(jīng)流動(dòng)的壓縮空氣再次被帶入一級(jí)進(jìn)氣管道，造成一級(jí)進(jìn)氣管道內(nèi)壁銹蝕嚴(yán)重，大量的鐵銹在進(jìn)氣濾網(wǎng)處堆積。一級(jí)進(jìn)氣錐形濾網(wǎng)的堵塞，又造成一級(jí)進(jìn)氣量和壓力偏低，使壓縮比增大，排氣溫度升高。

針對(duì)此故障現(xiàn)象，對(duì)一級(jí)進(jìn)氣管道內(nèi)壁重新進(jìn)行鈍化處理；并縮短冷干機(jī)排污時(shí)間間隔，增加排污時(shí)間；并建議在冷干機(jī)后管道增加離心式冷凝水收集器，或把洗滌罐放置在冷干機(jī)后面，如圖4。

4.3 處理后效果對(duì)比

表2中列出了處理前后CFA34往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行工況參數(shù)，其中參數(shù)一為處理前平均值，參數(shù)二為處理后平均值。

從表2可以看出經(jīng)過處理后，CFA34往復(fù)壓縮機(jī)一、三、四級(jí)溫度有所降低且水冷器效果明顯提升，瞬時(shí)流量提升使壓縮機(jī)效率大幅度提高。

5 結(jié)語

往復(fù)壓縮機(jī)排氣溫度過高，會(huì)使壓縮機(jī)的容積效率降低、流量下降且功耗增加。及時(shí)排除壓縮機(jī)排氣溫度過高故障，能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，提高設(shè)備運(yùn)行效率。本文對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)排氣溫度高故障常見原因進(jìn)行了分析，結(jié)合生產(chǎn)過程中發(fā)生的一起排氣溫度高故障進(jìn)行了分析處理并提出了有效的處理措施，為此類往復(fù)壓縮機(jī)故障分析提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郁永章，姜培正，孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊(cè)[M].北京：中國石化出版社，2012：22-23.

[2] 靳兆文.壓縮機(jī)工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：50-51.

[3] 崔勻.往復(fù)式壓縮機(jī)管道應(yīng)力分析及其振動(dòng)解決方案[J].化工設(shè)備與管道，2016，10（53）：63-65.

[4] 賀朋濤.往復(fù)式壓縮機(jī)排氣溫度過高問題的研究[J].輕工科技，2014，（9 ）：56-87.

[5] 楊善文.分析影響往復(fù)式壓縮機(jī)排氣溫度的因素[J].通用機(jī)械，2007，（7 ）：49-52.

[6] 湯春冬.淺析壓縮機(jī)填料密封損壞分析及分析[J].科技與企業(yè)，2013，（23）：358-358.

[7] 周羽.淺析壓縮機(jī)運(yùn)行中常見故障及故障解決方案[J].中國機(jī)械，2014，（17）：164-164.

[8] 石芝鋒.新氫壓縮機(jī)排氣溫度高的原因及解決措施[J].壓縮機(jī)，2017，（6 ）：118-122.

[9] 董海軍.循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度高的原因分析及對(duì)策[J].廣州化工，2016：55-56.

[10] 吳松林.LU250W-8.5型空壓機(jī)排氣溫度高原因分析[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2014，（6 ）：61-62.