空壓站壓縮機及冷卻水改造

高愛軍

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

經(jīng) 驗 交 流

空壓站壓縮機及冷卻水改造

高愛軍

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

隨著社會的發(fā)展，科技的進步，手動操作的活塞式空壓機逐漸退出了歷史舞臺，取而代之的離心式空壓機整機結(jié)構(gòu)緊湊，振動小，噪音低，操作方便，技術(shù)先進，在DCS上能夠在線實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了運行模式的設(shè)備優(yōu)化和升級，提高了自動化運行水平。

空氣壓縮機；活塞式；離心式；自動化模式；技術(shù)特點

壓縮機是一種壓縮氣體提高氣體壓力或輸送氣體的機器，能將氣體體積壓縮變小，壓力增高，具有一定的動能，可作為機械動力或其他用途。根據(jù)所壓縮的氣體介質(zhì)的不同，分為：空氣壓縮機、氧氣壓縮機、氨壓縮機、煤氣壓縮機等。唐山三友化工股份有限公司純堿分公司針對公司需要，使用的是空氣壓縮機，以下簡稱空壓機。

1 空壓站概況

唐山三友化工股份有限公司純堿分公司從1985年建廠至2015年間，為確保向全廠提供工藝氣和儀表氣，在給排水車間設(shè)空壓站一座，內(nèi)設(shè)活塞式空壓機、配套電機4套，廠房外設(shè)有緩沖罐、氣液分離器、干燥器及到用戶的管線等設(shè)施。 2006年7月車間在廠家的配合下，分別將地面水、污水、空壓站及循環(huán)水四個崗位的設(shè)備全部引入DCS系統(tǒng)，對其生產(chǎn)過程中各種設(shè)備的流量、壓力、溫度、電流等參數(shù)實施在線監(jiān)控，提供在線操作、報警、監(jiān)測等功能，初步實現(xiàn)自動化管理，為以后自動化全面開展做好了鋪墊。為了保證全廠擴產(chǎn)所需壓縮氣體供應(yīng)，2010年在空壓站廠房內(nèi)增加1臺螺桿空壓機。該空壓機操作方式由純手動操作改為電腦控制器控制，并將控制面板內(nèi)的運行參數(shù)引入DCS，空壓站空壓機的操作初步實現(xiàn)了半自動化控制模式。2015年底至2016年8月份車間將4臺活塞式空壓機改型為離心式空壓機，自此，空壓站崗位空壓機的操作由人為(活塞式)和電腦控制面板(螺桿式)半自動化混合模式徹底變更為自動化操作模式，并且五臺機組所有運行數(shù)據(jù)均引入主控室的DCS。

2 活塞式與離心式空壓機的比較

2.1 活塞式空壓機

由于活塞式空壓機是建廠初期投入使用，至今已有多年歷史，缸體磨損嚴重，打氣量嚴重不足，電機電流遠沒達到額定電流，效率低。

2.1.1 工作原理

活塞式空壓機的組成主要有以下幾部分：機身部分、曲柄連桿部分、活塞、氣缸及冷卻器等。氣體在兩個氣缸中分兩級壓縮至最終排氣壓力，兩個氣缸互成直角配置，直立者為一級缸，臥者為二級缸，活塞通過十字頭，連桿與曲軸、曲柄、銷連接，當曲軸由電動機電動回轉(zhuǎn)時，活塞在氣缸中做往復(fù)直線運動，進行氣體壓縮。曲軸由電動機帶動作旋轉(zhuǎn)運動，曲軸上的曲柄軸帶動連桿大頭旋轉(zhuǎn)，通過連桿小頭而轉(zhuǎn)變?yōu)槭诸^在滑道中的直線往復(fù)運動，十字頭帶動活塞桿使活塞在氣缸中做往復(fù)運動，進行氣體壓縮，提高氣體壓力。

2.1.2 主要部件

機身、曲軸、連桿、十字頭、活塞、填料、氣缸、閥、氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)、轉(zhuǎn)動機構(gòu)的潤滑系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、安全閥、中間冷卻器等組成。

2.1.3 附屬設(shè)備

包括壓縮機進氣管到排氣管之間的管道及其附件所組成的系統(tǒng)。此外還包括安全閥以及氣量調(diào)節(jié)，放空等管路，以及空氣消聲器、旋啟式止回閥、緩沖罐、油冷卻器、后冷卻器。

2.1.4 常見故障

活塞式空壓機工作時由電機驅(qū)動，電機通過聯(lián)軸器或帶動傳動系統(tǒng)驅(qū)動，操作純粹采用人工操作，操作過程復(fù)雜，且需2人現(xiàn)場操作，動作閥門時需要緊密配合，互相聯(lián)系，操作過程時間長，動作閥門較多。運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)：設(shè)備超負荷運行或預(yù)緊力過大而造成連桿螺栓損壞；由于潤滑或冷卻系統(tǒng)問題造成活塞卡死或拉缸；因軸和軸瓦配合或接觸面問題造成軸承發(fā)熱；因冷卻水水壓低、水量不足或冷卻水管路堵塞等原因而引起的氣缸及氣缸蓋發(fā)熱；活塞或活塞環(huán)磨損導(dǎo)致氣缸敲擊聲等。

2.2 離心式空壓機

2.2.1 工作原理

電動機帶動空壓機主軸及葉輪高速旋轉(zhuǎn)，氣體在離心力的作用下，被甩到工作輪后面的擴壓器中去。由于工作輪不斷高速旋轉(zhuǎn)，氣體被連續(xù)源源不斷地甩出工作輪，從而保持了空壓機中氣體的連續(xù)流動，由于氣體被甩出而在工作輪中間形成真空地帶，外面的氣體源源不斷從工作輪中間的進氣部分進入葉輪。氣體因離心作用增加了壓力，以很高的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴壓器逐漸降低了速度，動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，進一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯(lián)的辦法來達到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過彎通、回流器來實現(xiàn)。這就是離心式壓縮機的工作原理。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機，在用氣負荷穩(wěn)定時離心式空氣壓縮機工作穩(wěn)定、可靠。

2.2.2 主要部件

離心式壓縮機由轉(zhuǎn)子、定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括：轉(zhuǎn)軸、平衡盤、固定在軸上的葉輪、推力盤、軸套等零部件。定子則有氣缸、定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉(zhuǎn)子與定子之間需要密封氣體之處還設(shè)有密封元件。

2.2.3 技術(shù)特點

離心式空氣壓縮機組結(jié)構(gòu)簡單，運行安全可靠。離心式空氣壓縮機主要構(gòu)件、空氣動力部分、級間冷卻器、整體傳動裝置、潤滑系統(tǒng)和操作控件的制造都能夠保證提供可靠的性能；在壓縮空氣氣道中，離心式空氣壓縮機沒有任何需潤滑部件；離心式空氣壓縮機精確平衡的彈性膜片式聯(lián)軸器，將振動降至最低，并且不需要聯(lián)接器潤滑油；離心式空氣壓縮機緊湊的成套底座，將框架、中間冷卻器和潤滑油箱集成在一起，從而具有出色的扭轉(zhuǎn)剛度。

3 空壓站冷卻水改造

隨著公司不斷擴產(chǎn)的要求，壓縮空氣使用量不斷增多，活塞式空壓機嚴重老化，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的故障，供氣量已遠遠不足額定40 m3/min。且活塞式空壓機缸體內(nèi)徑磨損，吸、排氣閥容易堵塞，活塞環(huán)容易磨損，檢修頻率逐年增加。

2014年底，為改變這種耗能、費時、不經(jīng)濟的狀況，車間經(jīng)過多次探討調(diào)研，決定將手動操作的空壓機改型為電腦控制器形式的自動模式。為保證生產(chǎn)穩(wěn)定，2015年技改計劃先改型2臺空壓機，即將2臺活塞式改型為離心式空壓機。

空壓機的冷卻方式為水冷?；钊娇諌簷C改造之前的水源為閉路循環(huán)水，由于閉路循環(huán)水的溫度較高，活塞式空壓機一、二級排氣溫度超過160 ℃時就會連鎖跳車，正常春、秋、冬季活塞式空壓機的一、二級排氣溫度一般為130～150 ℃左右，可是夏季最高時就達到170 ℃，為了使空壓機冷卻效果良好、保證空壓機冷卻水源的安全可靠性，在活塞式空壓機改為離心式空壓機的項目確定后，車間決定將冷卻水進行改造。

3.1 冷卻水改造方案

取消原有閉路循環(huán)水作為冷卻水源，將地下水、開路循環(huán)水作為新的冷卻水源。以地下水作為主冷卻水源，開路循環(huán)水作為備用冷卻水源。地下水引自兩路，一路是從空壓站南側(cè)地下水主管網(wǎng)接出的地下水，另一路是從空壓站廠房北側(cè)地下水主管網(wǎng)接出的地下水，兩路水通過閥門聯(lián)通。另外，在空壓站廠房東側(cè)的開路循環(huán)水總管上接出開路水引至空壓站并與地下水冷卻水聯(lián)通，開路水僅做為應(yīng)急備用冷卻水使用，空壓機正常運行時使用地下水冷卻，冷卻后的回水進入開路循環(huán)回水總管。這種方式能夠有效降低離心式空壓機的油溫，保證空壓機的安全、穩(wěn)定、長周期運行。

3.2 冷卻水改造實施

2015年8月在2臺空壓機實施改造的同時，引入地下水作為冷卻水源替代閉路循環(huán)水。2016年3月，為確?？諌簷C冷卻水穩(wěn)定可靠，增加了一條空壓機冷卻水備用應(yīng)急管線，即在原去三效開路供水主管上采用帶壓開孔的方式，增加一條主管為DN250的碳鋼管，在進入廠房內(nèi)的主管上增加DN250電動閥1個，然后由主管分別引出五條DN125的碳鋼管與五臺空壓機(四臺離心式一臺螺桿式)地下水分支管分別通過手動閥門相連通，電動閥操作采用現(xiàn)場和遠程控制兩種模式，四臺離心式空壓機的地下水壓力顯示數(shù)據(jù)引入主控室的DCS上，開路冷卻水的電動閥與四臺離心式空壓機的地下冷卻水壓力數(shù)據(jù)進行連鎖，當壓力值小于0.22 MPa時，DCS上的電動閥將自動啟動開路應(yīng)急備用水(正常情況下，空壓機應(yīng)急備用開路冷卻水帶壓開孔處的手動閥及五個空壓機的分支閥是保持常開的，電動閥處于關(guān)閉狀態(tài))，由此確?？諌簷C的冷卻水為兩種水源，確保了空壓機的穩(wěn)定、安全、可靠運行。

4 改型后的空壓機效果

2016年4月車間根據(jù)2臺離心式空壓機的改型成功經(jīng)驗，再接再厲繼續(xù)推行空壓機改型項目，截至2016年11月份，4臺離心式空壓機已全部進入正式運行階段，所提供的壓縮空氣質(zhì)量有很大提高，改變了老的活塞式壓縮機供氣量不足40 m3/min的現(xiàn)象，新空壓機供氣量穩(wěn)定在55 m3/min左右，兩臺新型離心式壓縮機供氣量相當于三臺活塞式壓縮機供氣量。技改后正常情況下空壓機由原來的運行4臺活塞式空壓機，變更為現(xiàn)在的3臺離心式空壓機的運行，儀表氣管網(wǎng)壓力由2015年的全年平均0.40 MPa提高為0.43 MPa，而且供氣質(zhì)量明顯上升，冷季露點2015年平均僅為-25～-35 ℃，技改后儀表氣露點平均為-50～-55 ℃；另外由于工作原理不同，新型離心式空壓機產(chǎn)生的噪聲比活塞式壓縮機減小15 dB，運行周期由原來的6個月一次檢修，變成了24個月一次，既節(jié)約了備件成本又節(jié)省了人工費用，空壓機排氣溫度大幅度降低，平均溫度不足30 ℃。

改型后的離心式空壓機維修周期由6個月延長至24個月，備件和維修費用可節(jié)省3萬元/臺。活塞式空壓機6個月更換吸排氣閥0.24萬元(400元/個，一次需更換6個)；更換活塞環(huán)、浮動環(huán)、缸體等部件需要0.8萬元；更換十字頭、活塞、冷卻器芯子等部件需要0.75萬元；新空壓機只需更換潤滑油6 000元/次(2年1換)則改造后年可節(jié)省費用(0.24+0.8+0.75)×2-0.3=3.28萬元。

離心式壓縮機從根本上改變了空壓站高溫高噪聲的環(huán)境，降低對周邊環(huán)境及周圍人群工作的影響。根據(jù)用氣多少自行調(diào)節(jié)供氣量，提高空壓機的工作效率，降低耗能。

5 總 結(jié)

2010年空壓站增加的1臺螺桿機雖實現(xiàn)了空壓站的半自動化程度，方便了管理，穩(wěn)定了供氣量等優(yōu)點；由于螺桿機安裝了一臺只是一個技術(shù)過渡故本文中未做比較。但隨著不斷擴產(chǎn)提高，公司對用氣質(zhì)量及穩(wěn)定性提出了更高要求。2015年活塞式空壓機改型離心式空壓機的成功，堅定了車間繼續(xù)改造的決心。而離心式壓縮機相較于活塞機具有生產(chǎn)能力大，供氣量均勻，結(jié)構(gòu)可靠，運轉(zhuǎn)周期長，人員操作少，結(jié)構(gòu)簡單，易損件少等優(yōu)點，加快了車間2016年繼續(xù)推進將剩余2臺活塞式空壓機繼續(xù)改型為離心式的步伐。車間最終將于2016年10月底前空壓機徹底實現(xiàn)全部自動化操作模式。

TQ051.21

B

1005-8370(2017)02-28-03

2016-11-21

高愛軍(1965—)，哈爾濱建工學(xué)院，給排水專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事設(shè)計工作。