空分系統(tǒng)用小型活塞空壓機(jī)故障分析及處理

劉瑜亮

【摘要】針對2D8—17/45—Ⅱ型空壓機(jī)缸內(nèi)濕度過大，入口空氣過濾器效果不好造成的故障進(jìn)行了分析及處理。

【關(guān)鍵詞】活塞空壓機(jī)；故障分析；處理

1 前言

福耀集團(tuán)通遼有限公司原有杭氧KZON—150/600—Ⅲ型空分設(shè)備四套，所配套的空壓機(jī)為2D8—17/45—Ⅱ型活塞空壓機(jī)（以下簡稱2D8空壓機(jī)），杭州制氧機(jī)廠制造，是無油潤滑、四級壓縮、二列對稱平衡臥式空壓機(jī)。最大特點(diǎn)是各級活塞環(huán)都采用聚四氟乙烯制成，氣缸內(nèi)無需潤滑油。從而提高了原料空氣的純凈程度。

該機(jī)于1991年4月20日投入運(yùn)行，在其后的一段試運(yùn)行期間，運(yùn)轉(zhuǎn)情況不是很好。最大問題是活塞環(huán)磨損太快，空壓機(jī)出現(xiàn)故障，影響到空分裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，我們對2D8空壓機(jī)出現(xiàn)的故障進(jìn)行了具體分析并采取了一系列治理措施。

2 故障情況

1991年8月15日，運(yùn)轉(zhuǎn)中的2D8空壓機(jī)突然發(fā)出異常響聲，緊急停車后進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)三級活塞環(huán)磨壞3個，彈簧脹圈拉斷2個，卡在活塞頭上，一級、二級、四級活塞環(huán)亦有較大程度磨損。針對這一情況從以下幾方面進(jìn)行了測繪、檢修：

（1）主軸頸、曲軸頸橢圓度、錐度；（2）主軸瓦、曲軸瓦的配合間隙及串量； （3）曲軸張合度；（4）拉桿彎曲度、橢圓度、錐度； （5）缸套橢圓度、錐度；（6）氣缸與活塞、導(dǎo)向環(huán)徑向間隙及活塞止點(diǎn)間隙；（7）滑塊與滑道配合間隙；（8）活塞環(huán)開口間隙、側(cè)間隙及導(dǎo)向環(huán)側(cè)間隙；（9）十字頭部分；（10）閥片起落高度及試漏；（11）聯(lián)軸器找正；（12）齒輪油泵的檢查；（13）更換配件；（14）主要零件的探傷。

但1991年9月23日～1991年10月8日，2D8空壓機(jī)一級超壓至1.1MPa，三級壓力降至1.1MPa，拆缸檢查，三級活塞環(huán)嚴(yán)重磨損，距上次檢修，運(yùn)行時間僅360h，還不到空分塔正常運(yùn)轉(zhuǎn)周期1440h的一半，根本無法滿足正常生產(chǎn)。

3 故障分析

根據(jù)填充聚四氟乙烯活塞環(huán)的潤滑機(jī)理可知，此種活塞環(huán)工作壽命的長短主要取決于能否順利建立并有效地保持它在氣缸鏡面上的“自潤滑膜”。據(jù)此分析，造成2D8空壓機(jī)設(shè)備故障的主要原因是：

3. 1 缸內(nèi)濕度過大

缸內(nèi)濕度過大的原因較多，其中最主要的原因是氣缸鏡面析出大量冷凝水，三級缸內(nèi)最易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

按2D8空壓機(jī)使用要求：三、四級氣缸冷卻水的出口溫度應(yīng)控制在比同級進(jìn)氣溫度高2～5℃的范圍內(nèi)，但由于三級進(jìn)氣溫度一般比四級高1～5℃，即使將四級缸冷卻水流量調(diào)至最小限度，其出水溫度也比進(jìn)氣溫度低2～3℃。當(dāng)冷卻水的溫度經(jīng)常等于或低于缸內(nèi)空氣的“露點(diǎn)”時，氣缸壁附近的飽和空氣便析出水珠，造成所謂鏡面“出汗”現(xiàn)象。這些水分積聚到一定程度時，就會“洗刷”活塞環(huán)在鏡面上已形成的“自潤滑膜”，破壞填充聚四氟乙烯的自潤滑性，使活塞環(huán)和氣缸鏡面直接摩擦，縮短活塞環(huán)的工作壽命。

1991年7月22日17時，空壓機(jī)正常停車，當(dāng)時循環(huán)冷卻水尚未關(guān)閉，曾發(fā)現(xiàn)二級、一級缸沿活塞桿處有水滲漏現(xiàn)象。在1991年8月2D8空壓機(jī)解體檢修中，未發(fā)現(xiàn)缸套裂紋，這些滲流出的水，正是氣缸內(nèi)壁析出的冷凝水。

3. 2 開、停機(jī)次數(shù)過于頻繁

這主要是因?yàn)橥蝗煌Ｋ?、停電的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，造成從1991年4月30日～8月15日2D8空壓機(jī)開機(jī)91次，停機(jī)90次。

3. 3活塞環(huán)安裝欠佳

二次拆缸發(fā)現(xiàn)，三級活塞環(huán)受損最嚴(yán)重，這與三級排氣溫度較高、四級缸套材料表面粗糙度較大、三級前吹除閥較少、活塞環(huán)安裝欠佳等有關(guān)。

4 預(yù)防、治理措施

4. 1 提高三級缸冷卻水溫度

為了避免三級缸內(nèi)易析出冷凝水，必須稍稍提高三級缸套冷卻水水溫。為了解決這一問題，我車間將三級級間冷卻器的出水，接入三級缸冷卻水腔進(jìn)口處，與溫度較低的循環(huán)冷卻水相混和，通過控制兩只截止閥的開度，可將冷卻水的出口溫度調(diào)節(jié)到恰到好處。

表1 為改造前后溫差對比情況。改造后三級排氣溫度略有增加。

表1 三級冷卻水管改造后溫差比較

比較項(xiàng)目 改造前 改造后

四級缸冷卻水出口溫度，t1 30～33℃ 33～38℃

四級缸進(jìn)氣溫度，t2 33～36℃ 33～36℃

三級缸排氣溫度，t3 100～116℃ 102～120℃

溫差，△t=t1-t2 -2～-3℃ 1～4℃

實(shí)踐證明，這是解決四級缸鏡面“出汗”問題的有效方法。

4.2 精心修裝活塞環(huán)

更換新的活塞環(huán)，精心修裝，將其塔臂根部仔細(xì)的制成過渡圓弧，避免應(yīng)力集中，并讓修磨面背向高壓氣體。

4.3四級送氣管線上增加放空閥

2D8空壓機(jī)安裝配管中，原先沒有四級放空閥，試運(yùn)期間因水、電不穩(wěn)定，常出現(xiàn)帶壓緊急停車。2D8空壓機(jī)的卸載，由6個DGl2的吹除閥放空，根本排不及。增加四級放空閥后，即使是緊急停機(jī)，亦可在幾秒內(nèi)卸載到安全停機(jī)壓力范圍，極大地減少了設(shè)備的磨損，也提高了操作安全系數(shù)。

4.4嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程

為使氣缸內(nèi)保持干燥，除嚴(yán)格控制冷卻水溫外，還應(yīng)做到：

（1）在空壓機(jī)停車前的1～3min內(nèi)迅速關(guān)閉氣缸冷卻水，以提高氣缸冷卻水腔溫度，使缸內(nèi)冷疑水蒸發(fā)排出，并防止了停車后氣缸內(nèi)繼續(xù)析出水珠。這樣要求操作后，再未出現(xiàn)1991年7月22日?？諌簷C(jī)后，一、二級氣缸沿活塞桿有水滲流的現(xiàn)象。

（2）按規(guī)定及時吹除壓縮空氣中的水分，適當(dāng)增加二級后吹除次數(shù)。并且擬定在二、三級吹除管線上，各增設(shè)一個自動疏水裝置以保證吹除的及時性。

4.5 制定更換活塞環(huán)的指標(biāo)

一般廠家以三級排氣壓力作為更換活塞環(huán)的衡量指標(biāo)，當(dāng)三級排氣壓力降至l MPa時（正常要求保持1.27～1.47MPa），就應(yīng)更換或檢測活塞環(huán)。

1991年8月10日，2D8空壓機(jī)出現(xiàn)故障前一周，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)三級排氣壓力降至1.1 MPa。1991年9月23日～10月8日，空壓機(jī)一級超壓至0.185MPa，三級排氣壓力降至1.1MPa，拆檢活塞環(huán)，發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)己較嚴(yán)重磨損。

綜合資料介紹與實(shí)際操作運(yùn)行情況，我車間擬定當(dāng)三級排氣壓力降至1.1MPa時，就更換或拆檢活塞環(huán)。

5 效果

通過上述綜合治理措施的實(shí)行，2D8空壓機(jī)正常運(yùn)行時間已能滿足設(shè)計和實(shí)用要求。據(jù)統(tǒng)計，從1992年2月29日～12月1日，2D8空壓機(jī)已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)6400h，空壓機(jī)的各級壓力、溫度滿足工藝指際，其排氣量亦能滿足分餾塔實(shí)際操作需要。

以下是1992年12月2日測得的氧、氮出口流量：

（1）氧出口流量壓差△h=390mmCCl4，氧氣出 分餾塔壓力為1.5ata，氧氣出分餾塔溫度為25℃。 查“氧產(chǎn)量Q與壓差流量△h關(guān)系圖”得Q= 158m3/h，查溫度校正系數(shù)表εt=0.957，所以設(shè)計 狀態(tài)下氧含量：Q0=Qεt=158×0.957=151.2m3/h， 化驗(yàn)純度達(dá)99.8%，高于設(shè)計要求的99.2%。產(chǎn) 量滿足設(shè)計要求，氧氣產(chǎn)量150m3/h。

（2）氮出口流量壓差△h=390mmCCl4，氮?dú)獬?分餾塔壓力P=1.25ara，氮?dú)獬龇逐s塔溫度t= 25℃。查“氮產(chǎn)量Q與壓差流量Ah關(guān)系圖”得Q 685m3/h，查溫度校正系數(shù)表s=0.957，所以設(shè)： 計狀態(tài)下氮含量：Q0=Qεt=685×0.957=656m3/h， 化驗(yàn)氮純度為99.9%，滿足設(shè)計要求氮產(chǎn)量 6001m3/h，純度99.9%。

1998年冷卻水系統(tǒng)封閉，實(shí)現(xiàn)帶壓循環(huán)，各級水溫調(diào)節(jié)更方便，機(jī)組運(yùn)行良好。

通過認(rèn)真檢修和一系列綜合治理措施的實(shí)行，2D8空壓機(jī)達(dá)到“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行。 參考文獻(xiàn)

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