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活塞壓縮機操作維修節能與安全分析

    【壓縮機網】目前,石油、化工、油(氣)田及長輸氣體工業等使用的壓縮機,主要類型包括:活塞式、螺桿式和離心式這三類。活塞壓縮機特別適用于小流量、高壓力的場合,進氣流量經為300m3/min以下,通常每級最大壓縮比為3∶1至4∶1。具有熱效率高、適應性強、材料要求低、技術成熟、適應范圍廣等優點,一直得到廣泛應用。近年來隨著工業的發展,生產規模的擴大,各種壓縮機也在不斷的升級,排氣量不斷增大,設備體積變大,零部件也越來越昂貴。因此,操作與維修技能變得更為重要,而且節能也是降低生產成本的一種途徑。
 
  活塞壓縮機按氣缸的布置可分為立式、臥式、角式(V、W、S形)和對稱平衡式四種,主要由機體、曲軸、連桿、銷、活塞、氣缸、氣、十字頭、滑道、活塞桿、填料等零部件,以及冷卻系統、潤滑系統、檢測報警系統及電氣組成。其工作原理為:電動機帶動曲軸旋轉,通過連桿的傳動,活塞做往復運動,由氣缸內壁、氣缸端蓋和活塞端面所形成的容積會發生周期性的變化,吸排氣開閉,實現吸氣、壓縮、排氣的過程。
 
  在實際生產中,設備的操作與維修保養起著至關重要的作用。筆者在多家小工廠見過:操作工人在啟動壓縮機時,根本沒有開車前的檢查,設備運轉后也無人進行巡檢,設備出現的小問題根本察覺不到,最終的結果是機器出現嚴重的故障停車。當然,在規范化、較大規模及以上的工廠里,操作人員還是能夠按照操作規程進行操作,按時巡檢,維修人員定期檢修的。操作人員的熟練程度、技術水平、緊急判斷與處理能力,維修人員的技術水平以及生產工藝不合理等因素,是關系到壓縮機是否正常安全平穩運行的關鍵,同時也關系到節能。
 
  首先,生產工藝布置要合理。某化工單位,筆者親歷過數次驚心動魄的壓縮機故障案例。其中有個冰機崗位,共五臺冷凍壓縮機,三臺活塞式壓縮機,兩臺螺桿式壓縮機。本崗位的工藝流程大致是:冷凍機入口前設置緩沖罐,接銅洗崗位氨冷器一臺,合成崗位氨冷器三臺,經過冷凍機吸入壓縮,高壓氣氨進入到冷塔進行冷卻,氣氨變為液氨再分別送入合成崗位的液氨貯槽及其他崗位使用。在氣氨緩沖罐的出口處同時接一路管道,將氣氨送到吸氨崗位的高位吸收器中,吸氨器頂部噴稀氨水與送來的氣氨混合吸收,達到一定濃度后,進入下工序使用。這樣的流程看似合理,正常運行情況下也能持續運行。但是,一旦銅洗、合成崗位的任一氨冷器有所波動,瞬間液氨便進入冷凍機前緩沖罐,液氨很快吸到冷凍機內,這時冷凍機內就會出現液擊現象,氣缸、氣閥、活塞組件、連桿、銷等不同程度受損,機體迅速結霜,冷卻水管結冰,水管凍裂,水進入油中,機油快速乳化,加速機內傳動部件(如主軸瓦、連桿瓦、連桿銅油管、銅套、主軸、銷)的磨損。可以這么說,基本每次出現液氨帶入現象,冷凍機就差不多要大修一次。
 
  由于壓縮機入口接吸氨器,尤其在吸氨崗位開車過程中,由于操作不當,吸氨器的氨水在負壓作用下,沿氣氨管道流入到緩沖罐,操作人員發現不及時,氨水很快灌滿緩沖罐,繼而進入冷凍機中,導致氣閥、活塞、缸套、連桿破碎斷裂,機體也差點報廢。這種事故的危害是巨大的,一旦機體被撞裂,氣氨會快速蔓延,遇到火星還會發生爆炸,造成機毀人亡的慘劇。所幸之前出現的幾起事故,由于操作人員責任心強,處理及時,都沒造成更大的事故。
 
  從幾起事故分析來看:一是工藝設計不夠合理,氨冷器距離冷凍機太近,且氨冷器上方未設置有效的除沫裝置。二是管道布置也不合理,氨冷器出口直接接入緩沖罐,未設置彎管。吸氨崗位管道接在緩沖罐出口,冷凍機入口管處。三是緩沖罐過小,生產規模擴大了,緩沖罐一直未變,起不到足夠的緩沖作用。
 
  其次,操作人員加強學習,定期培訓,不斷提高操作水平與熟練程度,準確判斷,透過小現象發現大問題,有預見性。很多事故并不是一開始就出現的,往往是經過一段時間的小故障,如聲音變大,振動加大,溫度過高,壓力異常等現象,只要加強巡檢,及時發現,果斷處理,很多事故就可以避免。如果操作人員業務不精,技術不熟,又懶于巡檢,那么小問題就會發展成大事故,甚至機毀人亡。之前遇到的幾個案例,幸虧遇到操作熟練且責任心的操作人員,避免了事故的惡化。
 
  還有,維修人員的技能對壓縮機長期安全穩定運行也至關重要。維修人員使用前對零部件是否做了詳細的檢查,有無裂紋、彎曲變形,是否正解安裝,裝配的質量、各部位的間隙、螺栓擰緊力是否合理等。在維修方面,從以下幾個方面來談:
 
  1、機身的檢查與維修
 
  壓縮機的機身由于長期運行,會造成滑道的磨損,滑道與十字頭的配合間隙增大,可能導致壓縮機振動加劇,機身出現裂紋,曲軸箱漏油。
 
  滑道磨損的修復:滑道一般磨損量較小,可采用手工方法修理,但如果磨損量大于公差的80%以上,須用機械加工修復。
 
  機身裂紋的修復:機身試漏時如發現裂紋,可采用綴縫釘、打補丁、焊補或環氧樹脂粘合劑粘接等方法進行處理。
 
  2、氣缸的檢查與修理
 
  修理前的檢查測量:檢查氣缸內徑的圓度與圓柱度,用內徑千分尺或千分表來測量氣缸的圓度與圓柱度。
 
  氣缸內徑鏡面的檢查:氣缸內鏡面的宏觀檢查,主要是看有無擦傷、溝痕、拉缸以及其他缺陷。
 
  氣缸水套和缸壁裂紋的檢查:檢查可用水壓試驗法,也可采用著色探傷方法檢查裂紋,還可在推測的裂紋位置上涂煤油,擦干后撒上干燥的白堊粉末,根據情況,確定出裂紋的存在和它的邊界。
 
  磨損修復時應先查看氣缸允許的最大磨損量,當氣缸因磨損而使最大直徑與最小直徑值為0.5-0.75mm或出現大于0.5mm的擦痕時,就要進行鏜缸修理。根據氣缸的磨損狀況,可采用鏜、車、磨和研磨等方法進行修復。小直徑的氣缸可置于立鉆上鏜削和研磨,加工時必須保證氣缸的中心線與鉆床立軸中心重合,否則達不到預期的效果。
 
  對于氣缸鏡面輕微的擦痕、拉缸可采用手工處理:將活塞取出,徹底清洗氣缸,檢查擦痕或拉缸位置,用條狀半圓形油石按氣缸圓周方向左右打磨。如果拉痕較深而更換時,可用銅、銀或巴氏合金等熔焊填補在拉痕處,經處理后暫時使用。
 
  氣缸座氣閥止口缺陷主要是由于氣閥裝置不正或因氣閥壓緊力不足,工作時跳動將止口擊壞等造成的。其修復方法是:輕微者可用平面刮刀、油石或鑄鐵胎具研磨,缺陷嚴重者需用鏜床或銑床、鉆床進行加工。
 
  氣缸表面裂紋修補后很難達到表面粗糙度時,一般采取更換而不修復。氣缸水夾套的裂紋或滲漏,可采用綴縫釘、打補丁、金屬噴鍍、涂粘環氧樹脂以及冷焊等方法修補。
 
  3、曲軸的檢修
 
  活塞式壓縮機因活塞的往復運動,曲軸的曲拐頸和曲軸軸頸在活塞力和慣性力作用下,很容易發生不均勻磨損和變形。曲軸在檢查中有下列情況時應檢修:曲軸磨損達到規定的數值,曲軸有裂紋,曲軸產生彎曲或扭轉變形,曲軸出現擦傷或刮痕,曲軸鍵槽磨損。曲軸誤差超過范圍時應及時修復。
 
  曲軸軸頸、曲拐頸的圓度和圓柱度常用千分尺測量。修理時可視情況采用手銼、曲軸磨床、車床、專用機床或移動機床等加工修理。無論采用哪種方法,修復曲軸時都應注意將軸頸徑向的油孔用螺塞或木塞堵住,以防污物進入
 
  曲軸產生裂紋或折斷,多半是由于主軸巴氏合金過度磨損燒熔、主軸承安裝不正或運動機構中發生連桿螺栓折斷等重大沖擊、曲軸突然過載所致。曲軸的裂紋多出現在軸頸上,可用放大鏡或著色的方法檢查,必要時還可進行磁粉或超聲波探傷檢查。如軸頸上有輕微的軸向裂紋,可在裂紋處進行研磨,若能消除則可繼續使用,徑向裂紋一般不加修理,應更換。必須全面檢查、謹慎從事,否則可能導致其他傳動件的損壞,甚至出現重大事故。
 
  曲軸變形的原因有主軸承同軸度偏差過大,受力時單邊彎曲,軸頸發生咬合,過熱而變形,連桿歪斜與曲拐頸接觸不良,偏載荷使曲軸拐角扭歪等。對小型曲軸可用曲軸磨床磨削修正;對大型曲軸,如受設備限制,也可用手工修銼。對彎曲不大的小型曲軸可采用機械壓力或敲擊法校正,對彎曲較大的大型曲軸可采用熱力校正法或熱力機械校正法。
 
  一般情況下,在較為重要的壓縮機上的曲軸,最好每年進行一次探傷檢查,以防曲軸斷裂帶來嚴重事故。某化工廠4M8(3)壓縮機,主要用在輸送半水煤氣上,因為之前定期檢查,發現過曲軸裂紋的現象,避免了事故的發生。還有,曲軸由于長期承受交變負載,即使曲軸頸磨損不嚴重,也建議重要壓縮機在使用一定時間后進行更換。
 
  4、氣閥的檢修
 
  當氣閥出現下列情況時應更換或修復:閥座和閥片磨損或擦傷;閥座的密封邊緣出現裂紋或溝痕;氣閥的彈簧喪失彈力。閥座和閥片磨損不大時,可用研磨方法修復,若磨損或擦傷較嚴重,研磨已不能恢復使用時,閥座可用車削加工,閥片更換新的。
 
  手工研磨時,先將閥座與閥片清洗干凈,分別用刮刀修毛刺、劃痕,再放在平板上進行研磨。先進行粗磨,表面平滑后再精磨。
 
  當閥座、升程限制器與閥片接觸面磨損較大時可用車削或磨削加工進行修整。若閥座密封邊緣均不見裂紋或溝狀,可先進行補焊,然后車床精車。
 
  不論是研磨修復閥閥和閥片,還是更新的閥座和閥片,使用前或組裝后都應進行氣密試驗。氣閥彈簧喪失彈力后,可以用熱處理方法修復后使用。但此方法不易掌握,一般以更新為好。
 
  5、活塞環的更換
 
  活塞環一般不修理,有以下情況者應更換:
 
  活塞環斷裂或過度擦傷,活塞環喪失應有的彈力,磨損較大,徑向厚度磨損1-2mm,或軸向厚度磨損0.2-0.3mm,活塞環在槽的兩側間隙達到0.3mm或超過原來縫隙的1.5倍,活塞環質量減輕原來的10%,活塞環外表面與氣缸鏡面不能保持緊密貼合,配合間隙總長超過了氣缸圓周的50%。
 
  更換時,先拆開氣缸蓋,拆出十字頭與活塞桿的連接器,將活塞從氣缸內抽出,再擴張活塞環,將活塞環從活塞槽內取出,檢查與活塞環相關的部位。檢查活塞環的尺寸,并用00號砂布除去飛邊、毛刺。
 
  6、活塞桿的檢修
 
  活塞桿在使用過程中發現以下情況之一應進行修復:活塞桿磨損大于0.3mm,活塞桿磨傷或劃傷,活塞桿彎曲度達到0.02mm/m。活塞桿的磨損一般用鍍鉻及磨外圓的方法進行修復。鍍鉻法修理,既可恢復原有尺寸,又可提高表面硬度。因設備復雜,修理費用高,多在較大的或重要的活塞桿上采用。鍍鉻修復活塞桿時,應先將活塞桿修正后再鍍鉻,其鍍鉻層厚度以0.25-0.5mm為宜。鍍鉻后應磨削,以求達到所要求的精度及表面粗糙度。活塞桿有輕微劃痕或擦傷時,也可用手工銼修、油石磨光的方法修整。若活塞桿經檢查沒有彎曲時,最好是用外圓磨床直接磨削。修活塞桿之前,應對活塞桿進行檢查,如發現彎曲,需先校正后再進行磨損修復。否則修后活塞桿中心線與活塞矸螺紋中心線不在同一軸線上。校正后應進行磁粉探傷檢查,無裂紋等缺陷方可使用。
 
  活塞桿的修復較為復雜,設備也比較昂貴,一般由專業機構和人員進行。對于有裂紋的活塞桿,不建議修復利用,直接報廢。在實際生產使用過程中,發現活塞桿在鎖母及連接螺紋處出現問題較多,建議一定周期內對活塞桿尤其螺紋部分進行探傷檢查,可有效避免設備事故的發生。某化工廠在1999年5月28日,發生一起較大安全事故,死亡2人,受傷3人。后查明原因:活塞桿頭部螺紋部分退刀槽較深且有裂紋,在交變載荷作用下導致裂紋擴展,最終活塞桿螺紋段斷開。而活塞鎖母直徑大于厚度,從而導致鎖母脫開后直接倒下,超出死點間隙。在曲軸帶到連桿,在強大作用力下將機體拉裂,產生火花,引爆氣缸出入口法蘭泄漏出來的氫氣。事故背后,隱藏著諸多的問題:活塞桿螺紋與活塞鎖母結構設計不合理,活塞桿材質不符合要求,安裝過程存在不規范操作等原因。我們需要從中吸取教訓,避免類似事故的再次發生。
 
  7、活塞的檢修
 
  活塞最常見的損壞形式有如下幾種:裂紋、沿圓柱形表面磨損、活塞環槽或支承環槽磨損、活塞磨傷或結瘤、筒形活塞銷孔磨損、活塞支承面上的巴氏合金層脫落。對出現裂紋的活塞,一般應報廢,不再修理。活塞圓柱面由于活塞環直接參與摩擦,磨損有限,通常也不修理。在氣缸經過鏜床檢查若直徑增大,應需按加大的直徑選配新的活塞。只有當活塞磨傷或活塞環槽及筒形活塞銷孔磨損時,才進行修理。
 
  活塞因某種原因在氣缸內卡住,使活塞磨傷或結瘤時,可用手工修理。先用銼刀將磨傷、結瘤處小心銼凈,再用油石輕輕打磨光滑。
 
  小型筒狀活塞銷孔磨損時,應按配制加大的活塞銷直徑,用具有導柄的活塞鉸刀進行鉸孔。鉸削后,必須將活塞放在特種檢驗工具上檢查其垂直度偏差。
 
  活塞支撐面巴氏合金層脫落后,可采用澆鑄軸瓦合金的方法重新澆鑄和焊補,然后經精車并留一定加工余量,以備裝配時刮研。
 
  以上維修方案,多發生在沒有備品配件,生產任務緊,配件購買周期長等情況下。這些維修方案需要慎重,必須確保設備運行安全的前提下才可進行。否則會因小失大,出現設備事故,帶來不可挽回的損失。
 
  結語
 
  安全,至關重要。在經濟迅速發展的今天,企業如雨后春筍般的成長,壓縮機的使用也越來越多。但如何保證壓縮機的安全穩定長周期運行呢?離不開壓縮機的操作、維修、保養與管理,離不開操作與維修工人技術的不斷提高與完善。在操作、維修過程中必須認真仔細,不能錯過任何細節,否則就可能存在重大的安全隱患。切莫片面為了生產而忽視了安全,也切莫為了節約而忽視了安全。
 
  參考文獻
  [1]《壓縮機設計生產新工藝新技術與安裝調試及質量檢測標準規范實用手冊》主編:呂紅旗  北方工業出版社
  [2]《活塞式壓縮機設計》主編:活塞式壓縮機設計 編寫組  機械工業出版社
  [3]《壓縮機維修手冊》主編:周國良,編寫組:化學工業出版社
  [4]《4M 8(3)高壓機 2DZ5.5循環機結構安裝和調試》主編:王瑞森 沈陽壓縮機廠(內部教材)
  [5]《2DZ5.5-1.8氮氫氣循環機圖紙及資料》(隨機)沈陽壓縮機廠

來源:本站原創

標簽: 活塞壓縮機節能  

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