空压站压缩机及冷却水改造

高爱军

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

经 验 交 流

空压站压缩机及冷却水改造

高爱军

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

随着社会的发展，科技的进步，手动操作的活塞式空压机逐渐退出了历史舞台，取而代之的离心式空压机整机结构紧凑，振动小，噪音低，操作方便，技术先进，在DCS上能够在线实时监测数据，实现了运行模式的设备优化和升级，提高了自动化运行水平。

空气压缩机；活塞式；离心式；自动化模式；技术特点

压缩机是一种压缩气体提高气体压力或输送气体的机器，能将气体体积压缩变小，压力增高，具有一定的动能，可作为机械动力或其他用途。根据所压缩的气体介质的不同，分为：空气压缩机、氧气压缩机、氨压缩机、煤气压缩机等。唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司针对公司需要，使用的是空气压缩机，以下简称空压机。

1 空压站概况

唐山三友化工股份有限公司纯碱分公司从1985年建厂至2015年间，为确保向全厂提供工艺气和仪表气，在给排水车间设空压站一座，内设活塞式空压机、配套电机4套，厂房外设有缓冲罐、气液分离器、干燥器及到用户的管线等设施。 2006年7月车间在厂家的配合下，分别将地面水、污水、空压站及循环水四个岗位的设备全部引入DCS系统，对其生产过程中各种设备的流量、压力、温度、电流等参数实施在线监控，提供在线操作、报警、监测等功能，初步实现自动化管理，为以后自动化全面开展做好了铺垫。为了保证全厂扩产所需压缩气体供应，2010年在空压站厂房内增加1台螺杆空压机。该空压机操作方式由纯手动操作改为电脑控制器控制，并将控制面板内的运行参数引入DCS，空压站空压机的操作初步实现了半自动化控制模式。2015年底至2016年8月份车间将4台活塞式空压机改型为离心式空压机，自此，空压站岗位空压机的操作由人为(活塞式)和电脑控制面板(螺杆式)半自动化混合模式彻底变更为自动化操作模式，并且五台机组所有运行数据均引入主控室的DCS。

2 活塞式与离心式空压机的比较

2.1 活塞式空压机

由于活塞式空压机是建厂初期投入使用，至今已有多年历史，缸体磨损严重，打气量严重不足，电机电流远没达到额定电流，效率低。

2.1.1 工作原理

活塞式空压机的组成主要有以下几部分：机身部分、曲柄连杆部分、活塞、气缸及冷却器等。气体在两个气缸中分两级压缩至最终排气压力，两个气缸互成直角配置，直立者为一级缸，卧者为二级缸，活塞通过十字头，连杆与曲轴、曲柄、销连接，当曲轴由电动机电动回转时，活塞在气缸中做往复直线运动，进行气体压缩。曲轴由电动机带动作旋转运动，曲轴上的曲柄轴带动连杆大头旋转，通过连杆小头而转变为十字头在滑道中的直线往复运动，十字头带动活塞杆使活塞在气缸中做往复运动，进行气体压缩，提高气体压力。

2.1.2 主要部件

机身、曲轴、连杆、十字头、活塞、填料、气缸、阀、气量调节机构、转动机构的润滑系统、自动控制系统、安全阀、中间冷却器等组成。

2.1.3 附属设备

包括压缩机进气管到排气管之间的管道及其附件所组成的系统。此外还包括安全阀以及气量调节，放空等管路，以及空气消声器、旋启式止回阀、缓冲罐、油冷却器、后冷却器。

2.1.4 常见故障

活塞式空压机工作时由电机驱动，电机通过联轴器或带动传动系统驱动，操作纯粹采用人工操作，操作过程复杂，且需2人现场操作，动作阀门时需要紧密配合，互相联系，操作过程时间长，动作阀门较多。运行过程中经常出现：设备超负荷运行或预紧力过大而造成连杆螺栓损坏；由于润滑或冷却系统问题造成活塞卡死或拉缸；因轴和轴瓦配合或接触面问题造成轴承发热；因冷却水水压低、水量不足或冷却水管路堵塞等原因而引起的气缸及气缸盖发热；活塞或活塞环磨损导致气缸敲击声等。

2.2 离心式空压机

2.2.1 工作原理

电动机带动空压机主轴及叶轮高速旋转，气体在离心力的作用下，被甩到工作轮后面的扩压器中去。由于工作轮不断高速旋转，气体被连续源源不断地甩出工作轮，从而保持了空压机中气体的连续流动，由于气体被甩出而在工作轮中间形成真空地带，外面的气体源源不断从工作轮中间的进气部分进入叶轮。气体因离心作用增加了压力，以很高的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通、回流器来实现。这就是离心式压缩机的工作原理。离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。

2.2.2 主要部件

离心式压缩机由转子、定子两大部分组成。转子包括：转轴、平衡盘、固定在轴上的叶轮、推力盘、轴套等零部件。定子则有气缸、定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件。在转子与定子之间需要密封气体之处还设有密封元件。

2.2.3 技术特点

离心式空气压缩机组结构简单，运行安全可靠。离心式空气压缩机主要构件、空气动力部分、级间冷却器、整体传动装置、润滑系统和操作控件的制造都能够保证提供可靠的性能；在压缩空气气道中，离心式空气压缩机没有任何需润滑部件；离心式空气压缩机精确平衡的弹性膜片式联轴器，将振动降至最低，并且不需要联接器润滑油；离心式空气压缩机紧凑的成套底座，将框架、中间冷却器和润滑油箱集成在一起，从而具有出色的扭转刚度。

3 空压站冷却水改造

随着公司不断扩产的要求，压缩空气使用量不断增多，活塞式空压机严重老化，经常出现各种各样的故障，供气量已远远不足额定40 m3/min。且活塞式空压机缸体内径磨损，吸、排气阀容易堵塞，活塞环容易磨损，检修频率逐年增加。

2014年底，为改变这种耗能、费时、不经济的状况，车间经过多次探讨调研，决定将手动操作的空压机改型为电脑控制器形式的自动模式。为保证生产稳定，2015年技改计划先改型2台空压机，即将2台活塞式改型为离心式空压机。

空压机的冷却方式为水冷。活塞式空压机改造之前的水源为闭路循环水，由于闭路循环水的温度较高，活塞式空压机一、二级排气温度超过160 ℃时就会连锁跳车，正常春、秋、冬季活塞式空压机的一、二级排气温度一般为130～150 ℃左右，可是夏季最高时就达到170 ℃，为了使空压机冷却效果良好、保证空压机冷却水源的安全可靠性，在活塞式空压机改为离心式空压机的项目确定后，车间决定将冷却水进行改造。

3.1 冷却水改造方案

取消原有闭路循环水作为冷却水源，将地下水、开路循环水作为新的冷却水源。以地下水作为主冷却水源，开路循环水作为备用冷却水源。地下水引自两路，一路是从空压站南侧地下水主管网接出的地下水，另一路是从空压站厂房北侧地下水主管网接出的地下水，两路水通过阀门联通。另外，在空压站厂房东侧的开路循环水总管上接出开路水引至空压站并与地下水冷却水联通，开路水仅做为应急备用冷却水使用，空压机正常运行时使用地下水冷却，冷却后的回水进入开路循环回水总管。这种方式能够有效降低离心式空压机的油温，保证空压机的安全、稳定、长周期运行。

3.2 冷却水改造实施

2015年8月在2台空压机实施改造的同时，引入地下水作为冷却水源替代闭路循环水。2016年3月，为确保空压机冷却水稳定可靠，增加了一条空压机冷却水备用应急管线，即在原去三效开路供水主管上采用带压开孔的方式，增加一条主管为DN250的碳钢管，在进入厂房内的主管上增加DN250电动阀1个，然后由主管分别引出五条DN125的碳钢管与五台空压机(四台离心式一台螺杆式)地下水分支管分别通过手动阀门相连通，电动阀操作采用现场和远程控制两种模式，四台离心式空压机的地下水压力显示数据引入主控室的DCS上，开路冷却水的电动阀与四台离心式空压机的地下冷却水压力数据进行连锁，当压力值小于0.22 MPa时，DCS上的电动阀将自动启动开路应急备用水(正常情况下，空压机应急备用开路冷却水带压开孔处的手动阀及五个空压机的分支阀是保持常开的，电动阀处于关闭状态)，由此确保空压机的冷却水为两种水源，确保了空压机的稳定、安全、可靠运行。

4 改型后的空压机效果

2016年4月车间根据2台离心式空压机的改型成功经验，再接再厉继续推行空压机改型项目，截至2016年11月份，4台离心式空压机已全部进入正式运行阶段，所提供的压缩空气质量有很大提高，改变了老的活塞式压缩机供气量不足40 m3/min的现象，新空压机供气量稳定在55 m3/min左右，两台新型离心式压缩机供气量相当于三台活塞式压缩机供气量。技改后正常情况下空压机由原来的运行4台活塞式空压机，变更为现在的3台离心式空压机的运行，仪表气管网压力由2015年的全年平均0.40 MPa提高为0.43 MPa，而且供气质量明显上升，冷季露点2015年平均仅为-25～-35 ℃，技改后仪表气露点平均为-50～-55 ℃；另外由于工作原理不同，新型离心式空压机产生的噪声比活塞式压缩机减小15 dB，运行周期由原来的6个月一次检修，变成了24个月一次，既节约了备件成本又节省了人工费用，空压机排气温度大幅度降低，平均温度不足30 ℃。

改型后的离心式空压机维修周期由6个月延长至24个月，备件和维修费用可节省3万元/台。活塞式空压机6个月更换吸排气阀0.24万元(400元/个，一次需更换6个)；更换活塞环、浮动环、缸体等部件需要0.8万元；更换十字头、活塞、冷却器芯子等部件需要0.75万元；新空压机只需更换润滑油6 000元/次(2年1换)则改造后年可节省费用(0.24+0.8+0.75)×2-0.3=3.28万元。

离心式压缩机从根本上改变了空压站高温高噪声的环境，降低对周边环境及周围人群工作的影响。根据用气多少自行调节供气量，提高空压机的工作效率，降低耗能。

5 总 结

2010年空压站增加的1台螺杆机虽实现了空压站的半自动化程度，方便了管理，稳定了供气量等优点；由于螺杆机安装了一台只是一个技术过渡故本文中未做比较。但随着不断扩产提高，公司对用气质量及稳定性提出了更高要求。2015年活塞式空压机改型离心式空压机的成功，坚定了车间继续改造的决心。而离心式压缩机相较于活塞机具有生产能力大，供气量均匀，结构可靠，运转周期长，人员操作少，结构简单，易损件少等优点，加快了车间2016年继续推进将剩余2台活塞式空压机继续改型为离心式的步伐。车间最终将于2016年10月底前空压机彻底实现全部自动化操作模式。

TQ051.21

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1005-8370(2017)02-28-03

2016-11-21

高爱军(1965—)，哈尔滨建工学院，给排水专业，工程师，现从事设计工作。