關于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壓縮機運行穩定性的提升及使用壽命的延長有所幫助。

關鍵詞：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備之一，如果該設備發生故障，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、結構復雜等特點，從而使得設備故障問題呈現出多樣性。不僅如此，壓縮機作為CNG加氣站中的核心設備，其通常都是24 h運行，在各個子系統之間的相互作用下，很容易造成壓縮機多種故障并存的現象，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恢復運轉，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、冷卻系統、液壓系統、電氣系統等，在壓縮機運行的過程中，這些部分都可能會發生故障問題，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，要求氣閥應具備可靠性和耐久性。據不完全統計，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閉。當閥片處于正常運行狀態時，不可避免地會與閥座及升程限制器之間發生撞擊的現象，不僅如此，閥片還需要承受反復的沖擊荷載，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形式，氣閥彈簧在壓縮機運轉時，會隨著氣體介質的作用力變化作周期性壓縮、復位運動，其所承受的扭矩與彎曲應力均會出現周期性的改變，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備運轉時，聚集到活塞環后的溝槽當中，在溫度作用的影響下，這部分潤滑油會發生炭化，從而卡住活塞環，由此會導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，由于氣閥運轉時的溫度較高，粘附在其上的潤滑油會出現焦化的現象，進而導致氣閥無法密閉，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壓縮機活塞環的故障成因

在壓縮機中，活塞環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的切口應當錯開布置，角度不得小于120°。活塞環除了防氣體泄漏的密封作用之外，還具有導熱和布油的作用。在具體設計中，活塞環的開口間隙并不是隨意選取的，若是間隙過小，當活塞環受熱發生膨脹時，開口便會完全封閉，一旦活塞環在氣缸內漲死，其與氣缸內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，容易發生拉缸、活塞環斷裂等現象。嚴重時，甚至會造成電動機超載，進而燒損。

1.3壓縮機氣缸過熱的故障成因

CNG壓縮機在正常運轉的情況下，排氣溫度應當不高于160℃。如果氣缸過熱，除了會導致表面的油漆變色之外，還會加速氣缸內潤滑油的炭化速度，若是積炭發生燃燒，極有可能引起爆炸事故。導致氣缸過熱的主要原因有以下幾個方面：冷卻水供應不足、潤滑油缺失或變質、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

近年來，國內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，常見的診斷技術具體包括以下方面。

2.1.1熱力性能參數檢測技術

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

2.1.2振動噪聲檢測技術

該檢測技術通過分析壓縮機在運行狀態下產生的不同振動信號，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故障；通過監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故障；通過監測壓縮機氣缸頭的振動信號，判斷缸內是否出現故障。在運用振動噪聲檢測技術時必須要對頻譜分析技術進行優化，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

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

2.1.4人工智能診斷技術

在人工智能技術不斷發展的時代下，往復式機械故障診斷領域已經將神經網絡技術與專家系統作為重要的診斷技術，這也同樣適用于壓縮機故障診斷中。人工智能診斷技術是借助智能化的計算機程序系統，納入大量實踐診斷經驗和專家診斷案例，形成專家診斷知識庫，用以解決壓縮機內難度較大、復雜程度較高的故障診斷問題，該技術具備預測性強、可靠性高的優勢[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，調節閥片的升程，盡量使用長些的閥罩。

2.2.2活塞環故障的處理

由于壓縮機內會積存多余氣體，所以在汽缸與活塞之間要留出一定余隙，防止兩者之間發生碰撞，避免氣體壓縮中的水蒸氣出現冷凝現象。通過預留余隙，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，則會使氣缸產生較大沖擊力，甚至導致撞缸。

2.2.3氣缸過熱的故障處理

冷卻水可始終保持氣缸內潤滑油的粘度，促使氣缸和排氣溫度有效降低，保證氣缸內潤滑油的潤滑效果，避免潤滑油因溫度過高而分解產生結垢。所以，要在壓縮機運行中保持充足的冷卻水供應量。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，要保證潤滑油供應充足，對注油量進行調節。此外，若發現活塞環磨損嚴重、活塞環斷裂等故障，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 結語

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

[參考文獻]

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

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

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

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