關(guān)于CNG壓縮機故障的認識及研究

羌鵬飛 胡小羅

摘要：文章首先從氣閥、活塞環(huán)和氣缸過熱等幾個方面對CNG壓縮機的常見故障進行分析，在此基礎(chǔ)上，對CNG壓縮機的故障診斷與處理方法進行論述，以期對CNG壓縮機運行穩(wěn)定性的提升及使用壽命的延長有所幫助。

關(guān)鍵詞：CNG壓縮機；故障；診斷；處理

1 CNG壓縮機常見故障分析

在壓縮天然氣（Compressed Natural Gas，CNG）即CNG加氣站中，壓縮機是不可或缺的重要設(shè)備之一，如果該設(shè)備發(fā)生故障，將會對CNG加氣站的正常運行造成嚴重影響。由于壓縮機具有體積大、零部件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，從而使得設(shè)備故障問題呈現(xiàn)出多樣性。不僅如此，壓縮機作為CNG加氣站中的核心設(shè)備，其通常都是24 h運行，在各個子系統(tǒng)之間的相互作用下，很容易造成壓縮機多種故障并存的現(xiàn)象，這也為故障處理增添了一定難度。為此，必須對壓縮機的故障原因全面分析，借此來找出故障根源，采取行之有效的方法和措施加以解決，使壓縮機在最短的時間內(nèi)恢復(fù)運轉(zhuǎn)，確保CNG加氣站的正常運行。CNG壓縮機主要由以下幾個部分組成：主機、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等，在壓縮機運行的過程中，這些部分都可能會發(fā)生故障問題，其中比較常見的故障有以下幾個方面。

1.1壓縮機氣閥故障的成因

在壓縮機中，氣閥主要是用于控制氣體及時吸入和排出氣缸的部件，該部件的工作性能對壓縮機的排氣量、功耗以及運行可靠性等方面具有直接影響。因此，要求氣閥應(yīng)具備可靠性和耐久性。據(jù)不完全統(tǒng)計，壓縮機中氣閥故障約占總故障的40%左右，氣閥中的閥片和彈簧是最易發(fā)生損壞的零件，是引起氣閥故障的主要原因，除此之外，潤滑油的影響以及氣體中的異物也可能導(dǎo)致氣閥故障。

1.1.1閥片故障

在壓縮機的氣閥中，閥片的主要作用是控制氣閥的開啟和關(guān)閉。當閥片處于正常運行狀態(tài)時，不可避免地會與閥座及升程限制器之間發(fā)生撞擊的現(xiàn)象，不僅如此，閥片還需要承受反復(fù)的沖擊荷載，從而增大了其損壞的可能性。

1.1.2彈簧故障

在氣閥中，彈簧能夠減少閥片與升程限制器之間的撞擊，如果彈簧失效，則無法及時快速地關(guān)閉氣閥，并且還會增大閥片與升程限制器的撞擊。折斷和彈性改變是彈簧失效的主要表現(xiàn)形式，氣閥彈簧在壓縮機運轉(zhuǎn)時，會隨著氣體介質(zhì)的作用力變化作周期性壓縮、復(fù)位運動，其所承受的扭矩與彎曲應(yīng)力均會出現(xiàn)周期性的改變，由此很容易造成彈簧疲勞破壞。

1.1.3潤滑油的影響

在壓縮機中，潤滑油最主要的作用就是對汽缸進行潤滑，若是潤滑油過量，多余的潤滑油可能會在設(shè)備運轉(zhuǎn)時，聚集到活塞環(huán)后的溝槽當中，在溫度作用的影響下，這部分潤滑油會發(fā)生炭化，從而卡住活塞環(huán)，由此會導(dǎo)致活塞與汽缸之間的氣密性大幅度降低，泄漏的氣體還會對粘附在汽缸壁上的潤滑油膜造成破壞，進一步加劇了兩者之間的磨損。此外，壓縮氣體還會帶走一部分潤滑油，它們會對氣閥造成污染，由于氣閥運轉(zhuǎn)時的溫度較高，粘附在其上的潤滑油會出現(xiàn)焦化的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致氣閥無法密閉，排氣量便會因此降低，壓縮機的功耗會隨之增大，閥片的磨損也會逐步加劇。

1.1.4氣體中的異物

氣體當中經(jīng)常會存在一些污物，如鐵銹、細小的砂粒以及具有腐蝕性的粉粒等，它們會導(dǎo)致氣閥零部件的磨損情況加劇，并且還會進一步增大活塞環(huán)的磨損程度，若是處理得不及時，則會造成嚴重的后果[1]。

1.2壓縮機活塞環(huán)的故障成因

在壓縮機中，活塞環(huán)是除了氣閥以外的又一易損零件，它的主要作用是避免氣體泄漏，通常情況下，壓縮機中兩個活塞環(huán)的切口應(yīng)當錯開布置，角度不得小于120°?；钊h(huán)除了防氣體泄漏的密封作用之外，還具有導(dǎo)熱和布油的作用。在具體設(shè)計中，活塞環(huán)的開口間隙并不是隨意選取的，若是間隙過小，當活塞環(huán)受熱發(fā)生膨脹時，開口便會完全封閉，一旦活塞環(huán)在氣缸內(nèi)漲死，其與氣缸內(nèi)部的接觸溫度會迅速升高，這樣一來，氣缸壁上的潤滑油膜會在溫度的作用下被破壞，隨著潤滑條件的惡化，容易發(fā)生拉缸、活塞環(huán)斷裂等現(xiàn)象。嚴重時，甚至?xí)斐呻妱訖C超載，進而燒損。

1.3壓縮機氣缸過熱的故障成因

CNG壓縮機在正常運轉(zhuǎn)的情況下，排氣溫度應(yīng)當不高于160℃。如果氣缸過熱，除了會導(dǎo)致表面的油漆變色之外，還會加速氣缸內(nèi)潤滑油的炭化速度，若是積炭發(fā)生燃燒，極有可能引起爆炸事故。導(dǎo)致氣缸過熱的主要原因有以下幾個方面：冷卻水供應(yīng)不足、潤滑油缺失或變質(zhì)、氣閥的閥片卡住或斷裂[2]。

2 CNG壓縮機的故障診斷與處理方法

2.1壓縮機故障診斷技術(shù)

近年來，國內(nèi)許多專家通過研究壓縮機缸蓋振動信號，將其作為診斷壓縮機故障的方法，常見的診斷技術(shù)具體包括以下方面。

2.1.1熱力性能參數(shù)檢測技術(shù)

該檢測技術(shù)是通過測量和分析熱力性能參數(shù)，對壓縮機運行狀態(tài)進行判斷的一種檢測方法。所需測量的參數(shù)包括壓縮機排氣壓力、水溫、排氣量、油溫、冷卻水量等，在分析這些參數(shù)的基礎(chǔ)上判斷壓縮機故障發(fā)生的部位。熱力性能參數(shù)檢測通常適用于壓縮機工藝參數(shù)檢測，以便掌握壓縮機的運行狀態(tài)。

2.1.2振動噪聲檢測技術(shù)

該檢測技術(shù)通過分析壓縮機在運行狀態(tài)下產(chǎn)生的不同振動信號，對壓縮機故障進行診斷的一種方法。振動噪聲檢測技術(shù)主要適用于：通過檢測分析壓縮機表面的振動信號，判斷壓縮機氣閥、汽缸、活塞等部分是否出現(xiàn)故障；通過監(jiān)測潤滑油管路中的壓力波信號，判斷壓縮機軸承部位是否出現(xiàn)故障；通過監(jiān)測壓縮機氣缸頭的振動信號，判斷缸內(nèi)是否出現(xiàn)故障。在運用振動噪聲檢測技術(shù)時必須要對頻譜分析技術(shù)進行優(yōu)化，以便于從相互干擾的噪聲中提取有用的故障特征信息。

2.1.3油液分析診斷技術(shù)

該診斷技術(shù)是以分析壓縮機油液物理化學(xué)性質(zhì)和油液中摩擦副磨損信息為依據(jù)，對壓縮機故障進行診斷的一種方法。油液物理化學(xué)性質(zhì)主要包括油液的酸度、粘度、水分等，磨損信息包括鐵譜、光譜、顆粒計數(shù)等信息。在壓縮機故障診斷中常應(yīng)用油液分析診斷技術(shù)判斷壓力系統(tǒng)、齒輪箱或傳動系統(tǒng)是否存在故障，并且還能夠診斷出因機械磨損引發(fā)的故障。

2.1.4人工智能診斷技術(shù)

在人工智能技術(shù)不斷發(fā)展的時代下，往復(fù)式機械故障診斷領(lǐng)域已經(jīng)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與專家系統(tǒng)作為重要的診斷技術(shù)，這也同樣適用于壓縮機故障診斷中。人工智能診斷技術(shù)是借助智能化的計算機程序系統(tǒng)，納入大量實踐診斷經(jīng)驗和專家診斷案例，形成專家診斷知識庫，用以解決壓縮機內(nèi)難度較大、復(fù)雜程度較高的故障診斷問題，該技術(shù)具備預(yù)測性強、可靠性高的優(yōu)勢[3]。

2.2壓縮機故障處理方法

2.2.1氣閥故障的處理

在壓縮機運行過程中，若中間壓力波動較大，則有可能是閥片損壞所引起的，并且會導(dǎo)致溫度波動隨之增大，最終造成壓縮機運行故障。為有效處理此類故障，可及時將失效的舊閥片更換為新閥片。同時，還要在閥片位置安裝升程定位器，調(diào)節(jié)閥片的升程，盡量使用長些的閥罩。

2.2.2活塞環(huán)故障的處理

由于壓縮機內(nèi)會積存多余氣體，所以在汽缸與活塞之間要留出一定余隙，防止兩者之間發(fā)生碰撞，避免氣體壓縮中的水蒸氣出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。通過預(yù)留余隙，可有效延長活塞和氣閥的使用壽命，以免造成不必要的損耗。在活塞環(huán)故障處理過程中，余隙的大小要控制得當，若過大，則會減小出口氣體的壓力，影響氣體壓縮的正常運行；若過小，則會使氣缸產(chǎn)生較大沖擊力，甚至導(dǎo)致撞缸。

2.2.3氣缸過熱的故障處理

冷卻水可始終保持氣缸內(nèi)潤滑油的粘度，促使氣缸和排氣溫度有效降低，保證氣缸內(nèi)潤滑油的潤滑效果，避免潤滑油因溫度過高而分解產(chǎn)生結(jié)垢。所以，要在壓縮機運行中保持充足的冷卻水供應(yīng)量。由于空壓機潤滑對冷卻摩擦表面有著重要作用，可降低部件運行的磨損程度，因此，要保證潤滑油供應(yīng)充足，對注油量進行調(diào)節(jié)。此外，若發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)磨損嚴重、活塞環(huán)斷裂等故障，則要立即更換這些部件。若氣缸偏離十字頭滑道，則要停止氣缸運行，校正其運行軌跡[4]。

3 結(jié)語

綜上所述，CNG壓縮機是CNG加氣站的核心設(shè)備，一旦其發(fā)生故障，將會對加氣站的運行造成嚴重影響。為此，應(yīng)當對其常見故障問題的成因進行分析，并采取科學(xué)的診斷技術(shù)，最后按照故障的診斷情況，采取有針對性的方法加以處理，在最短的時間內(nèi)使壓縮機恢復(fù)正常運行。

[參考文獻]

[1]李彩霞.大型往復(fù)式壓縮機故障分析及預(yù)防措施[J].壓縮機技術(shù)，2012 （1）：54-57.

[2]李 佳，張玉婷，劉 闖.油液分析在往復(fù)式壓縮機故障診斷中的應(yīng)用[J].設(shè)備管路與維修，2013 （5）：49-50.

[3]陳曉慧，任世科.往復(fù)壓縮機基于狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的RCM技術(shù)研究[J].科技視界，2013 （1）：32-34.

[4]張 平，楊 俊.往復(fù)式天然氣壓縮機熱力性能故障與規(guī)避[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2013 （1）：258-260.