压缩机的改造及实施效果评估
时间：2023-04-09 13:20:21 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
郭晓永
（山西潞安精细化学品公司，山西 长治 046000）
压缩机设备在运行过程中频发出现气阀密封失效甚至出现阀片断裂。造成一级二级压力值出现排气超压现象，三级安全阀起跳，四级排气压力超限，给压缩机设备的稳定可靠运行带来极大安全隐患，威胁到了正常的工艺生产过程，造成了大量人力财力的浪费。
对压缩机设备出现故障时的各机构运行参数进行监测数据收集，如下表1 所示。主要通过对四级压力进行数据统计，分析压缩机在正常运行时以及出现运行异常工况时的排气压力、吸气温度以及排气温度之间的差值，以起到对压缩机运行异常工况的监测后处理效果。经粗略统计，该压缩机因设备运行故障，仅一次维修消耗需人工及材料费用5 万余元，每年设备维护费用较高，经济效益较差。
表1 压缩机设备各级压力温度运行工况
通过对压缩机设备在异常工况下的运行参数进行分析，可以看出故障发生在第四级，排气压力大幅超出正常范围。通过对压缩机设备拆除检修发现，吸压阀阀片4 只中有2 只未出现损坏，而另外2 只吸压阀阀片已黏附在设备上且变形严重，基本与阀座发生粘连。而排气阀弹簧螺栓等构件磨损情况较浅，密封垫片也未出现破损，活塞环以及支撑环未出现较大变形，磨损情况较轻[1]。
2.1 阀片黏附温度分析
该压缩机阀片材料为PEEK 聚醚醚酮，最高温度限制为250 ℃，但实际运行过程中，阀片在200 ℃高温下便会开始出现变形情况，造成阀片与机座之间的泄露问题。而且PEEK 材料出现变形的原因还会受到外界压力的影响，在低温压力较小时，阀片的变形情况不会特别明显，但在温度增大压力也增大时，阀片变形情况则大幅增加，图1 为阀片变形量与温度应力的关系图[2]。
基于阀片材质影响可以进行初步判断，在压缩机设备运行过程中因为四级排气温度较高，导致的超出阀片承受范围而出现大幅变形泄露。实际监测压缩机故障前的排气温度为138 ℃，进气温度35 ℃，可以看出，高温出现的原因是压缩机设备内部故障。也就是压缩机设备在运行时没有外界高温介入，单纯由于排气阀泄露的原因，使得本该排出的高温气体再次进行压缩，导致的温度越来越高，直到超过阀片变形温度，造成致的阀片破坏。基于气阀机构出现泄露情况的原因依据工程实践可以判断出，阀片在接触到升程限制器时未回到阀座而造成的大范围通道泄露，从而导致的高温排气气体再次回到气缸进行压缩。通过对排气压力进行分析，出口侧排气压力为7 MPa，而进口吸气侧压力只有3.1 MPa，也就是说排气侧空气更容易再次回到气缸进行压缩，从而导致排气气体温度过高，造成阀片元件黏附现象。
2.2 阀片卡塞故障分析
该气阀在构造上是依靠固定凸台上下运动进行导向的，通过压力差与弹簧进行上下运动，实现吸气排气功能，凸台与阀片之间的间距为0.2 mm 左右。该气缸在运行过程中需要进行润滑，而油润滑过程中一旦排气温度超过145 ℃，润滑油就会因为气化缘故在空气中积聚产生雾气；
而且又因过滤装置为多层铁丝网叠加结构，长期使用过程中很容易出现灰尘堵塞情况。因此，在压缩机运行过程中上述两种情况进行混合，就会造成油雾与灰尘同时沉降造成设备卡塞现象。通过对压缩机设备进行拆除也可以得到以上结果，导致了各吸气、排气部位的卡塞积聚情况，其中各气阀阀径参数如表2 所示[3]。
表2 各级吸、排气阀阀径参数表
通过表2 数据可以发现，前三级排、吸气阀的流通面积以及阀片升程较大，且二、三级排、吸气阀的阀径参数较为接近，而四级排、吸气阀在流通面积以及行程方面参数较小，很容易出现上述油雾灰尘的积聚现象，导致流通面积等的进一步减小，直至间隙卡塞为0 时，升程进一步降低，影响到阀片与阀座的密封性能。上述两种情况同时作用时，便逐渐使阀片结构失去其使用性能，也就解释了四级吸、排气阀更容易出现故障的原因。造成了排气温度急剧升高时阀片黏附阀座现象的出现。
通过对上述原因进行分析可以看出，阀片出现卡塞现象是基于空气中的油润滑效果以及灰尘吸附造成的，因此通过安装过滤器装置进行降尘并改变润滑方式，并及时对压缩机内部构件进行去污处理，可明显减缓压缩机设备的卡塞现象。
3.1 空气过滤器设备
由于常用空气过滤器装置过滤口为多层铁丝网结构，对灰尘等过滤精度较低。因此对空气过滤器设备进行优化改造，可通过更换为纺补滤芯增强过滤效果，初步设计结果选用过滤精度为0.5 nm 的纺布，借鉴鼓风机设备滤芯选型，增强过滤效果。
3.2 无油润滑改造
阀片设备材质为PEEK，该材质具备一定的自润滑效果，但完全无油润滑时，压缩机活塞环、支撑环等构件的磨损情况会特别严重，因此仅对第三、四级气阀进行无油润滑处理，同时适当增大四级排气阀的流通面积，避免灰尘及油雾混合体的积聚现象。无油润滑处理可通过对PEEK 材质增添青铜粉、石墨、碳以及各类金属氧化物等，来改变材料的磨损因子。以青铜粉为例进行分析，如图2 所示[4]。
图2 磨损因子与青铜粉含量变化曲线
可以看出，青铜粉含量并不是越高越好，随着青铜粉含量的升高，磨损因子在随之降低，但青铜粉占比过大，超过50%之后就会对铸造工艺造成很大限制，同时在68%左右时磨损因子已降至最低。除此之外，磨损因子还会因压力、温度等因素而变化，压力温度值越高，磨损因子也就随之增加，而在增添石墨、碳等材料时受到的影响较小。此外，在保证压缩机气阀性能不受影响的情况下，可通过适当增加气阀的阀片升程，来避免油雾、灰尘混合物造成的卡塞现象，同时也可通过适当增加阀隙的流通面积来达到这一效果，增强阀座密封面的清理效果。最后可对活塞环、支撑环等构件进行维护更换处理，并对缓冲罐、分离器等构件进行清洗，来对压缩机设备进行维护保养，并进行后续的改造性能测试。
通过对改造后的压缩机设备进行间隔运行，并在4 个月后进行效果评估发现，4 个月之内压缩机设备并未出现四级气阀的故障现象，其余部件均运行良好。因此可以得出结论，经过对压缩机设备进行空气过滤器以及无油润滑气阀材质改造处理，压缩机设备的故障发生率大幅下降，设备运行更加平稳可靠，维护成本大大降低。
通过对压缩机设备进行气阀故障分析，并进行针对性设备改造优化得出以下结论：
1）对于压缩机设备在外界空气吸入过程中，会因大量灰尘吸入造成设备管路卡塞，需要对空气过滤器的过滤精度进行合理设置，选用高效空气过滤器增强过滤效果。
2）压缩机设备无需持续运行时，可选用无油润滑，避免因油雾积聚堵塞管路。
3）可通过增加阀片升程来避免积聚物卡塞气阀，保证压缩机设备高效平稳运行。
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