化工設備故障分析及應對措施

劉 松

(山西潞安環能五陽弘峰焦化有限公司，山西 長治 046205)

引 言

在化工企業的生產中，空氣壓縮機等設備作為化工生產的基礎，能夠有效保證化工企業的安全生產[1-2]。由于在化工企業的生產過程中，經常需要依靠空氣壓縮機來完成相關的工序，若使用方法與技術操作不正確，將會給企業帶來嚴重的后果，甚至威脅國家財產和人民的生命安全，因而對化工設備的故障分析和科學的檢修是預防和維修化工設備的基礎[3-4]。因此，對于化工企業，必須要時刻嚴格要求對化工設備的故障分析和檢修，以此來保障化工設備的安全運行。

1 空氣壓縮機故障原因分析

本文以某化工企業的大型壓縮機作為研究對象，重點分析了壓縮機的主要零部件，如，主軸承、法蘭連接板等。由于在化工生產操作時，會經常遇到設備的某個部位或者某個區域出現異常，并且時隱時現，這樣會使得設備埋下較大的隱患，隨時可能影響化工生產，因此，對化工設備中出現的故障進行分析是非常有必要的，并采取一定應對預防措施。根據設備的不同故障，采取針對性的方案，使得化工設備能夠為化工企業帶來更大的利益[5]。設備的典型故障率曲線如圖1所示。

1.1 一般的故障分析

在分析主軸的故障之前，分析一般的機械設備出現故障的原因，不斷對每一臺設備出現的故障進行分類記錄，并找出故障的源頭，并對不同的異常情況采取對應的處理措施，預防設備的異常狀態，使得機械設備能夠安全、高效的工作。其中，空氣壓縮機一般出現故障的主要原因有：

圖1 設備的典型故障率曲線

1) 設備原材料不達標

化工設備由于在制造過程中，化工設備所處的環境比較特殊，這樣使得對設備各個方面的要求都比較嚴格。但由于生產設備制造過程中存在人為失誤和原材料不達標等問題，使得設備質量不符合國家標準，進而導致設備容易出現磨損、腐蝕、噪聲等缺陷。

2) 設備設計不完善

設備在制造生產之前，都會根據實際需求、所處的環境對設備進行相關的設計和求證，如果設計者在設備的初期研發時沒有考慮全面，存在缺陷的話，一旦制造出來，并投入生產，可能會無法適應生產的要求，即使生產出產品，產品的合格率也可能會極低。對于設備本身而言，設備會無法保證正常的運行，一旦設備的各項指標不符合國家規定的標準，就會給企業帶來較大的經濟損失，甚至出現嚴重的安全問題。

3) 設備使用過程中操作不規范，管理制度不完善

工業生產過程中，生產的工藝步驟一般都比較復雜，生產條件都比較苛刻，使用的化學原料和化學設備相當之多，而且每個設備之間都要做到相互協調、相互配合才能生產出符合要求的產品。在生產的各過程中，如果有任何一個環節出了問題，都將生產出不符合要求的產品，尤其是人為的操作問題，如果操作人員對流程不熟悉，或者生產步驟不準確，都將會影響產品的質量。

1.2 主軸承失效分析及應對措施

本文主要從空氣壓縮機的故障分析入手，尋找軸承過熱與磨損的原因，并提出相應的改進措施。滑動軸承過熱，很容易造成軸承的損壞，因此，解決軸承過熱問題是解決軸承損壞的重中之重。

在壓縮機中，曲軸需要傳遞很大的扭矩，軸承作為其支撐元件，需要承受很大的支承載荷。滑動軸承工作平穩，噪聲低，形成的油膜還具有吸振作用。但是，隨著壓縮機不斷往高速度及高精度方向發展，滑動軸承在使用過程中容易發熱的問題也越來越嚴重。

軸承處在潤滑液體摩擦狀況下，單位面積上的阻力是隨著相對滑動速度的變化而改變。根據牛頓定律，沿每塊瓦軸徑周界上的黏滯阻力計算見式(1)。

(1)

將式(1)進一步推導可得式(2)、式(3)。

(2)

(3)

其中，F為黏滯阻力，N；f為摩擦系數；P為瓦軸間隙的平均壓力，MPa。

從式(3)中分析可得，軸瓦運行間隙值C的減小，將引起摩擦系數的升高。影響軸瓦運行間隙C的因素是瓦頂間隙和軸頸徑向負荷，從設備現場的運行及監測情況來看，曲軸所承受的徑向壓力變化不大，徑向壓力也在可承受的范圍之內。故重點考慮軸瓦的運行間隙是否合適。

由于軸承間隙過小，使最小油膜厚度小于許用油膜厚度，一方面，油溫上升，導致潤滑油黏度下降，另一方面，軸瓦加工凸峰痕跡容易磨損，形成非液體潤滑滑動軸承。因此，需要改變軸承潤滑條件，形成液體潤滑滑動軸承。一般可以采取的應對措施有：第一，保證滑動軸承最小油膜厚度大于許用油膜厚度；第二，采用滑動軸承，減少運動產生的熱。

2 壓縮機系統的事故分析和維修方法

2.1 壓縮機的一般事故

對曲柄連桿的斷裂故障進行分析，連桿的斷裂主要是連桿使用的螺釘斷裂，其斷裂原因主要是由于連桿螺釘長期使用產生塑性變形，再加上螺釘頭或螺母與大頭端面接觸不良導致偏心負荷的產生，加大了螺釘的承受范圍。因此，在螺釘的緊固時，不能有任何的微小歪斜，保證面接觸，接觸力均勻分布。

在壓縮機中往往會產生積碳問題，由于積碳不僅會使活塞環卡在槽內，而且還會使氣閥不能正常工作，并使氣流通道面積減小 、增加阻力，導致壓縮機發生爆炸事故。因此，氣缸中的潤滑油不能供給太多，采取合理的過濾，減少積碳的產生。

由于壓縮機高壓級氣閥不嚴密，使高壓高溫的氣體返回氣缸，在排氣閥附近產生高溫，當有積碳存在時，即會引起爆炸。因此需要時刻檢修排氣閥 、檢查漏氣部位，消除故障。

2.2 壓縮機的預防維修

通過對壓縮機工作時常見故障進行分析，一般要采取一定的措施來降低壓縮機故障率，提高壓縮機的使用時間和效率[6-7]，設備故障維修與預防關系圖如圖2所示。

圖2 設備故障維修與預防關系圖

本文對壓縮機故障采取的措施如下：

1) 定期檢查壓縮機的工作環境

對壓縮機的工作環境進行定期的檢查，可以通過相關的輔助設備進行監控和控制，采取24 h不間斷監控和預防報警機制，隨時進行有效的記錄。有些時候更需要相應的維護人員來對周邊環境進行定期檢查，以避免壓縮機故障的產生。

2) 完善壓縮機設計，增強智能檢修

壓縮機的材料質量及功能設計的不同，壓縮機的使用壽命也不同，質量合格的壓縮機可以避免以后在生產過程中由于質量無保障、設計不合理而造成的故障。由于化學工業生產過程非常復雜，如果單一的依靠人工來進行監督，會存在人員的疏忽和失誤，不能及時的處理一些問題，所以應該增加智能檢修，預防生產事故的發生。

3) 規范壓縮機使用制度

壓縮機使用制度在生產中尤為重要，往往由于壓縮機的不規范使用和生產企業將會發生安全事故。因此，企業在進行化學工業生產過程中，應該時刻要求操作人員遵守壓縮機的使用制度，每一位員工都將熟悉相應的使用方法及步驟，定期對維護人員和使用人員進行培訓，這樣才能實現安全生產，避免企業的損失。

3 結論

綜上所述，通過對壓縮機的故障分析，從出現故障的角度入手，對壓縮機的原材料不達標、壓縮機的設計不完善、壓縮機使用過程操作不規范，管理制度不完善、壓縮機所處的環境不達標、壓縮機在運轉過程中出現的故障、缺乏先進的壓縮機制造工藝等方面的故障進行分析，最后，通過采取一定的措施，降低故障的發生，這樣才能保障化工儀器能夠安全、穩定的運轉，避免各種因素導致壓縮機的故障而造成企業的損失，提高壓縮機的生產效率，確保工作人員和壓縮機的安全。