1 前言
福建煉油化工有限公司KZON—150／600—Ⅲ型空分設(shè)備配套的空壓機(jī)型號(hào)是2D8—17／45—Ⅱ(以下簡(jiǎn)稱2D8空壓機(jī))，杭州制氧機(jī)廠制造，為無油潤(rùn)滑、四級(jí)壓縮、二列對(duì)稱平衡臥式空壓機(jī)。它的最大特點(diǎn)是各級(jí)活塞環(huán)都采用填充聚四氟乙烯制成，氣缸內(nèi)無需油潤(rùn)滑。從而提高了原料空氣的純凈程度，也為該機(jī)本身的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供了一定保證。
該機(jī)于1991年4月20日啟動(dòng)運(yùn)行，在其后的一段試運(yùn)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(duì)2D8空壓機(jī)出現(xiàn)的故障進(jìn)行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)行大解體，發(fā)現(xiàn)三級(jí)活塞環(huán)磨壞3個(gè)，彈簧脹圈拉斷2個(gè)，卡在活塞頭上，一級(jí)、二級(jí)、四級(jí)活塞環(huán)亦有較大程度磨損。統(tǒng)計(jì)運(yùn)行時(shí)間為1062h。從以下幾方面進(jìn)行了測(cè)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(jí)超壓至1．1MPa，三級(jí)壓力降至1．1MPa，拆缸檢查，三級(jí)活塞環(huán)嚴(yán)重磨損，距上次檢修，運(yùn)行時(shí)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(rùn)滑機(jī)理可知，此種活塞環(huán)工作壽命的長(zhǎng)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(rùn)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(jí)缸內(nèi)最易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。
按2D8空壓機(jī)說明書要求，三、四級(jí)氣缸冷卻水的出口溫度。應(yīng)控制在比同級(jí)進(jìn)氣溫度高2~5℃的范圍內(nèi)，但由于三級(jí)進(jìn)氣溫度一般’比四級(jí)高1～5℃，即使將四級(jí)缸冷卻水流量調(diào)至最小限度，其出水溫度往往比進(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(shí)，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(shí)，就會(huì)“洗刷”活塞環(huán)在鏡面上已形成的“自潤(rùn)滑膜”，破壞填充聚四氟乙烯的自潤(rùn)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(shí)，空壓機(jī)正常停車，當(dāng)時(shí)循環(huán)冷卻水尚未關(guān)閉，曾發(fā)現(xiàn)二級(jí)、一級(jí)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 入口空氣過濾器的作用不明顯
本套裝置的入口空氣過濾器型號(hào)為PKV型，濾物為拉西環(huán)。我們?cè)趲状?D8空壓機(jī)檢修中，發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)的活塞填料間、氣閥等氣路系統(tǒng)中，有不少塵土結(jié)垢物，而入口空氣過濾器的過濾物拉西環(huán)表面“一塵不染”。可見富含塵土的空氣，等于“暢通無阻”地經(jīng)過這一空氣過濾器，進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)行壓縮。空氣中的粉塵與氣缸鏡面析出的冷凝水混合結(jié)垢（此現(xiàn)象在三級(jí)缸中尤為嚴(yán)重），使活塞環(huán)和氣缸鏡面磨擦力大大增加。
3. 3 開、停機(jī)次數(shù)過于頻繁
這主要是因?yàn)榍捌陂_工中，突然停水、停電的現(xiàn)象時(shí)常出現(xiàn)，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. 4 活塞環(huán)修裝欠佳
二次拆缸發(fā)現(xiàn)，三級(jí)活塞環(huán)受損最嚴(yán)重，這與三級(jí)排氣溫度較高、四級(jí)缸套材料表面粗糙度較大、三級(jí)前吹除閥較少、活塞環(huán)修裝欠佳等有關(guān)。
4 預(yù)防、治理措施
4. 1 提高三級(jí)缸冷卻水溫度
為了避免三級(jí)缸內(nèi)易析出冷凝水，必須稍稍提高三級(jí)缸套冷卻水水溫。為了解決這一問題，我車間將三級(jí)級(jí)間冷卻器的出水，接入三級(jí)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(duì)比情況。改造后三級(jí)排氣溫度略有增加。
表1 三級(jí)冷卻水管改造后溫差比較
比較項(xiàng)目
改造前
改造后
四級(jí)缸冷卻水出口溫度，t1
30~ 33℃
33~ 38℃
四級(jí)缸進(jìn)氣溫度，t2
33~ 36℃
33~ 36℃
三級(jí)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(jí)缸鏡面“出汗”問題的有效方法。
4. 2 進(jìn)風(fēng)口空氣過濾器改進(jìn)
原過濾器FKV型，設(shè)于7m高處，管徑Φ273mm，過濾面積0.581m2,過濾器的過濾物是拉西環(huán)，其初始阻力為100~150Pa（空氣速度不超過 0.3~0.5m/s），實(shí)際過濾器初始阻力常小于1OOPa。使用原過濾器，若進(jìn)入過濾器的空氣中的固體塵粒含量在20mg／m3以下，凈化后空氣中固體塵粒含量能低于1 rog／m3。但本地區(qū)風(fēng)速常常達(dá)1~3m／s，空氣含塵濃度高達(dá)50mg／m3(空氣含塵濃度高，與當(dāng)時(shí)正值5套裝置施工階段有關(guān)，現(xiàn)空氣含塵濃度相對(duì)較低)。
我們對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行了選擇：
第一方案，提高過濾器高度。但因原過濾器設(shè)于7m高處，再提高高度，不方便檢修，也不安全，重新設(shè)計(jì)制作平臺(tái)很耗時(shí)，所以被否決。
第二方案，保留原過濾器，增加二級(jí)過濾。
第三方案，變拉西環(huán)過濾為濾袋過濾，加大過濾箱體，將過濾器移至低處。
第三方案原則上最理想，但費(fèi)用大，施工時(shí)間長(zhǎng)。對(duì)于第二方案，主要解決的問題是，初阻力是否會(huì)過大，以至影響進(jìn)風(fēng)量以及二級(jí)過濾器怎么加。
我們查資料知道，濾網(wǎng)過濾度可達(dá)5μm以下，初阻力僅50Pa左右，它是低阻力、亞高效的。而我們的進(jìn)風(fēng)要求是過濾度10μm以下即可。這樣，原過濾器初始阻力，與增加濾網(wǎng)造成的初始阻力的和，不大于150Pa，符合原設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)分析，我們選用了粗孔無紡布實(shí)現(xiàn)二級(jí)過濾。并且——
(1)將原拉西環(huán)用汽油浸洗、晾干，浸泡N68機(jī)械油，增加其表面吸附力。
(2)將無紡濾布加工，覆蓋于拉西環(huán)后。
(3)當(dāng)初阻力>400Pa時(shí)，清洗拉西環(huán)、濾布。濾布清洗用肥皂水、清水即可。
實(shí)踐證明，這個(gè)方法不僅解決了凈化空氣問題，而且并不影響空氣吸人量以保證正常生產(chǎn)。
4．3 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。
4．4 四級(jí)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(jí)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(gè)DGl2的吹除閥放空，根本排不及。增加四級(jí)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)。
4．5 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 停空壓機(jī)后，一、二級(jí)氣缸沿活塞桿有水滲流的現(xiàn)象。
(2)按規(guī)定及時(shí)吹除壓縮空氣中的水分，適當(dāng)增加二級(jí)后吹除次數(shù)。并且擬定在二、三級(jí)吹除管線上，各增設(shè)一個(gè)自動(dòng)疏水裝置以保證吹除的及時(shí)性。
4．6 制定更換活塞環(huán)的指標(biāo)
一般廠家以三級(jí)排氣壓力作為更換活塞環(huán)的衡量指標(biāo)，當(dāng)三級(jí)排氣壓力降至l MPa時(shí)(正常要求保持1．27~1．47MPa)，就應(yīng)更換或檢測(cè)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(jí)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(jí)超壓至0．185MPa，三級(jí)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(jí)排氣壓力降至1．1MPa時(shí)，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(shí)間已能滿足設(shè)計(jì)和實(shí)用要求。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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(jí)壓力、溫度滿足工藝指際，其排氣量亦能滿足分餾塔、氬塔實(shí)際操作需要。
以下是1992年12月2日測(cè)得的氧、氮、氬出口流量：
(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(jì)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(jì)要求的99．2％。產(chǎn)量滿足設(shè)計(jì)要求，氧氣產(chǎn)量 150m3 ／h。
(2)氮出口流量壓差△h=390mmCCl4，氮?dú)獬龇逐s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(jì)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(jì)要求氮產(chǎn)量 6001m3 ／h，純度99．9％。
(3)表盤顯示粗氬流量4． 5m3 ／h，粗氬純度99.8%，滿足設(shè)計(jì)要求，粗氬純度95%，流量3~ 5m3 ／h。
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(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。
后記：1994年車間將入口空氣過濾器改為紙質(zhì)過濾芯子，使用效果更好，更換更方便。1998年冷卻水系統(tǒng)封閉，實(shí)現(xiàn)帶壓循環(huán)，各級(jí)水溫調(diào)節(jié)更方便，機(jī)組運(yùn)行良好。
