飛機氣候環境實驗室壓縮空氣系統管理淺析

馬軍衛，孫永平，白 冰

（中國飛機強度研究所，陜西西安 710065）

0 引言

飛機氣候環境實驗室[1]是我國目前規模最大、模擬環境最多的大型綜合氣候環境實驗室，能在室內模擬高溫、低溫、太陽輻射、淋雨、降雪、噴霧、結冰和吹風等典型氣候環境，能對飛機、車輛等大型裝備進行氣候環境適應性驗證和鑒定[2]。壓縮空氣為實驗室設備用氣、試驗用氣和功能用氣提供氣源，是試驗的基礎。設備管理人員在實際工作中總結出符合試驗需求的管理方法，不斷對壓縮空氣系統管理進行優化，節約運行費用，降低維護開支，提高供氣質量，不斷改進勞動生產率和提高系統運行效率。

1 壓縮空氣系統簡介

壓縮空氣是現代工業廣泛使用的四大動力之一，是僅次于電力的第二大動力能源，壓縮空氣動力能量過程為：壓縮機消耗電能或機械能生產壓縮空氣，再由壓縮空氣驅動氣動設備輸出動能[3]。壓縮空氣系統通過對環境氣體進行壓縮、冷卻、儲氣、過濾、干燥、傳輸等過程，使其達到滿足實驗室需求的空氣品質，通過管道供給到使用點，主要控制指標為壓力、流量、含塵量和露點等工藝參數。其中露點控制尤為重要，壓縮空氣含水量超標直接影響到儀表和控制設施的靈敏度。飛機氣候環境實驗室壓縮空氣系統使用流程見圖1。

圖1 壓縮空氣系統流程

1.1 壓縮空氣系統啟動模式

飛機氣候環境實驗室壓縮空氣系統分為3 種啟動模式（圖2）。3 種模式啟動流程相同，在日常工作中，模式1 的使用頻次最高。通常情況下，根據實驗總控下達試驗開始時間的工作指令后，操作人員根據試驗要求，確定不同的啟動模式。

圖2 壓縮空氣啟動模式

1.2 設備統計

壓縮空氣系統[4]的核心設備為2 臺水冷螺桿式空氣壓縮機（簡稱空壓機）和2 臺外加熱鼓風再生吸附式干燥機（簡稱干燥機），1#空壓機和1#干燥機組合為啟動模式1；2#空壓機和2#干燥機組合為啟動模式2；模式1 和模式2 同時工作為啟動模式3，主要設備統計見表1。

表1 壓縮空氣系統動力設備統計

1.3 壓縮空氣系統啟動流程

壓縮空氣系統模式啟動相似，壓縮空氣系統模式1 啟動流程（圖3）。壓縮空氣系統模式1 中，從供電開始，按流程分別啟動冷卻塔→通風系統→循環水泵→空壓機→干燥機。最后達到目標露點（最低可達-40 ℃）和供氣壓力（最高可達1.0 MPa）后，開啟送氣總閥。

圖3 壓縮空氣啟動流程

壓縮空氣系統處理后的空氣質量[5]滿足GB/T 13277.1—2016 規定的等級二級指標（表2）。

表2 壓縮空氣污染物等級

2 壓縮空氣系統日常管理

按照GB 150—2011《鋼制壓力容器》、TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》、國務院頒布的《特種設備安全監察條例》等有關規定開展壓縮空氣系統管理工作[6]。從壓力、容積、介質3 個方面分析，飛機氣候環境實驗室壓縮空氣系統最高工作壓力的范圍為1.0～1.6 MPa，其中儲氣罐、干燥過濾器、干燥塔、空壓機內部的油冷卻器和壓縮空氣冷卻器都屬于壓力容器；按照壓力劃分為低壓容器（代號L）；使用的介質為空氣，危險程度劃分為Ⅱ類；壓縮空氣系統放置的位置是動力站，是二級危險點，實行三級負責制。管理人員針對壓縮空氣系統的運行、操作、維護、保養進行管理。

2.1 作業文件

編寫《壓縮空氣系統操作及維護規程》《機動設備保養管理規程》《×××環保、安全檢查管理規定》《×××動力站安全操作規程》《×××動力站突發事故及救援預案》等，編制人員根據廠家技術文件結合日常管理不斷完善作業文件內容，以作業文件為指導開展壓縮空氣設備管理工作。其中《壓縮空氣系統操作及維護規程》是主要質量管理文件，其中對空壓機和干燥機的作業內容有詳細的要求，作業文件現場存放以備操作人員學習和參考。

2.2 上墻制度

為了保證操作人員能直觀的獲取運行管理的有關規定，預防日常管理工作中安全問題的出現及時排除運維過程中出現的疑問，將壓縮空氣系統有關資料整理提煉上墻。上墻的資料主要有動力站安全操作管理規定、壓縮空氣系統操作規程、空壓工崗位職責、壓縮空氣系統管理卡、壓縮空氣系統原理圖等。

2.3 巡檢制度

壓縮空氣系統按照運行使用分為試驗開機期間和非試驗停機期間。在兩個期間對壓縮系統的巡檢方式不同。

2.3.1 非試驗停機期間

在非試驗停機階段按照時段進行日檢、周檢、月檢、季檢、年檢。檢查主要內容包括：電加熱器、再生用氣壓力或流量、干燥器PLC 控制器和切換閥、閥門內部閥瓣與閥體的密封間隙、干燥器前后置過濾器等。

2.3.2 試驗開機期間

試驗期間對壓縮空氣系統進行全時段24 h 的監視巡檢，由于壓縮空氣系統無人值守，故要求巡視人員2 h 巡視一次，主要巡檢內容如下：

（1）查看運行參數并記錄主要運行參數。

（2）觀察干燥機氣動閥的狀態，填寫判斷結論。

（3）觀察儲氣罐自動排污閥的執行，填寫觀察結論。

飛機氣候環境實驗室試驗監控軟件可以實現對壓縮空氣系統24 h 的監視。通過設備上的傳感器實時顯示壓縮空氣系統的運行情況，包括正在運行的空壓機的數量、空壓機輸出壓縮空氣的供氣壓力和供氣流量（圖4）。

圖4 壓縮空氣系統狀態參數

3 壓縮空氣系統的操作

操作按照作業文件《壓縮空氣系統操作及維護規程》的規定進行，以下6 點是關鍵內容：

（1）根據需求做好空壓機產能與干燥器處理負荷平衡，避免出現干燥器超量處理濕空氣的情況。

（2）壓縮空氣系統的壓力上限是1.0 MPa，故空壓機的上限值設定不高于1.0 MPa。

（3）由于干燥機使用的也是氣動調節閥，需要的動力大于0.4 MPa，故空壓機的輸氣壓力達到0.45 MPa 時在開啟干燥機。

（4）干燥塔之間的手動平衡閥要按照實際使用調節開度。

（5）停機階段要排空管道和儲氣管內的凝結水。

（6）停機時需排掉干燥塔的存氣并將干燥器前后端的進、出氣閥門關閉。

4 壓縮空氣系統的維護

壓縮空氣中使用的主要設備是空壓機和干燥機，定期對其進行維護保養能夠充分發揮機器的最佳性能，每次做好維護記錄以備查閱。

4.1 空壓機的維保

空壓機的維護保養應注意以下內容：

（1）空壓機的維護部件是空壓機、空氣過濾器、油過濾器、油分離器、冷卻油。

（2）冷卻油使用同一規格的產品。

4.2 干燥機的維保

干燥機的維保內容主要是防止吸附劑的被污染，干燥機的維護保養應注意以下內容：

（1）吸附劑裝運在密封容器里，使用前不要打開蓋子，避免吸附劑受潮，如果吸附劑暴露在空氣中，使用前可在400 ℉（即204 ℃）的烘爐中加熱4 h。

（2）如果吸附干燥機中填充的不是干的吸附劑，為了使吸附劑干燥，將吸附干燥機的進口流量減到最大進口流量的50%，如此運行48 h。

（3）干燥機再生時，再生吸附塔內的壓力不得超過0.1 MPa，若超過此值，在確認閥門無故障的情況下，可以認為消聲器堵塞，此時應拆下消聲器將堵塞物清除掉，嚴重堵塞且清除不掉的則需更換消聲器。

（4）保證干燥機按規定使用及時更換到使用期限的吸附劑。

5 結語

在實際使用過程中，為實現對壓縮空氣系統設備全壽命周期管理[7]，在工作中總結出如下經驗：

（1）應當對操作員工進行反復培訓，重視保養和日常檢查工作。

（2）壓縮空氣系統設計或設備選型都是按照最大負荷條件進行并留有余量，認為指標越高越好是片面的，高指標代表著高成本，只要符合用氣要求即可。

（3）使用前必須仔細閱讀生產廠家制定的質量手冊等文件并遵照執行，這樣才能保證壓縮空氣系統的科學使用。

（4）避免出現管路污染，停機階段要確保管路系統同大氣的隔離。

（5）根據壓縮空氣使用量，使用不同的管路和后處理設備配置。