飞机气候环境实验室压缩空气系统管理浅析

马军卫，孙永平，白 冰

（中国飞机强度研究所，陕西西安 710065）

0 引言

飞机气候环境实验室[1]是我国目前规模最大、模拟环境最多的大型综合气候环境实验室，能在室内模拟高温、低温、太阳辐射、淋雨、降雪、喷雾、结冰和吹风等典型气候环境，能对飞机、车辆等大型装备进行气候环境适应性验证和鉴定[2]。压缩空气为实验室设备用气、试验用气和功能用气提供气源，是试验的基础。设备管理人员在实际工作中总结出符合试验需求的管理方法，不断对压缩空气系统管理进行优化，节约运行费用，降低维护开支，提高供气质量，不断改进劳动生产率和提高系统运行效率。

1 压缩空气系统简介

压缩空气是现代工业广泛使用的四大动力之一，是仅次于电力的第二大动力能源，压缩空气动力能量过程为：压缩机消耗电能或机械能生产压缩空气，再由压缩空气驱动气动设备输出动能[3]。压缩空气系统通过对环境气体进行压缩、冷却、储气、过滤、干燥、传输等过程，使其达到满足实验室需求的空气品质，通过管道供给到使用点，主要控制指标为压力、流量、含尘量和露点等工艺参数。其中露点控制尤为重要，压缩空气含水量超标直接影响到仪表和控制设施的灵敏度。飞机气候环境实验室压缩空气系统使用流程见图1。

图1 压缩空气系统流程

1.1 压缩空气系统启动模式

飞机气候环境实验室压缩空气系统分为3 种启动模式（图2）。3 种模式启动流程相同，在日常工作中，模式1 的使用频次最高。通常情况下，根据实验总控下达试验开始时间的工作指令后，操作人员根据试验要求，确定不同的启动模式。

图2 压缩空气启动模式

1.2 设备统计

压缩空气系统[4]的核心设备为2 台水冷螺杆式空气压缩机（简称空压机）和2 台外加热鼓风再生吸附式干燥机（简称干燥机），1#空压机和1#干燥机组合为启动模式1；2#空压机和2#干燥机组合为启动模式2；模式1 和模式2 同时工作为启动模式3，主要设备统计见表1。

表1 压缩空气系统动力设备统计

1.3 压缩空气系统启动流程

压缩空气系统模式启动相似，压缩空气系统模式1 启动流程（图3）。压缩空气系统模式1 中，从供电开始，按流程分别启动冷却塔→通风系统→循环水泵→空压机→干燥机。最后达到目标露点（最低可达-40 ℃）和供气压力（最高可达1.0 MPa）后，开启送气总阀。

图3 压缩空气启动流程

压缩空气系统处理后的空气质量[5]满足GB/T 13277.1—2016 规定的等级二级指标（表2）。

表2 压缩空气污染物等级

2 压缩空气系统日常管理

按照GB 150—2011《钢制压力容器》、TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》、国务院颁布的《特种设备安全监察条例》等有关规定开展压缩空气系统管理工作[6]。从压力、容积、介质3 个方面分析，飞机气候环境实验室压缩空气系统最高工作压力的范围为1.0～1.6 MPa，其中储气罐、干燥过滤器、干燥塔、空压机内部的油冷却器和压缩空气冷却器都属于压力容器；按照压力划分为低压容器（代号L）；使用的介质为空气，危险程度划分为Ⅱ类；压缩空气系统放置的位置是动力站，是二级危险点，实行三级负责制。管理人员针对压缩空气系统的运行、操作、维护、保养进行管理。

2.1 作业文件

编写《压缩空气系统操作及维护规程》《机动设备保养管理规程》《×××环保、安全检查管理规定》《×××动力站安全操作规程》《×××动力站突发事故及救援预案》等，编制人员根据厂家技术文件结合日常管理不断完善作业文件内容，以作业文件为指导开展压缩空气设备管理工作。其中《压缩空气系统操作及维护规程》是主要质量管理文件，其中对空压机和干燥机的作业内容有详细的要求，作业文件现场存放以备操作人员学习和参考。

2.2 上墙制度

为了保证操作人员能直观的获取运行管理的有关规定，预防日常管理工作中安全问题的出现及时排除运维过程中出现的疑问，将压缩空气系统有关资料整理提炼上墙。上墙的资料主要有动力站安全操作管理规定、压缩空气系统操作规程、空压工岗位职责、压缩空气系统管理卡、压缩空气系统原理图等。

2.3 巡检制度

压缩空气系统按照运行使用分为试验开机期间和非试验停机期间。在两个期间对压缩系统的巡检方式不同。

2.3.1 非试验停机期间

在非试验停机阶段按照时段进行日检、周检、月检、季检、年检。检查主要内容包括：电加热器、再生用气压力或流量、干燥器PLC 控制器和切换阀、阀门内部阀瓣与阀体的密封间隙、干燥器前后置过滤器等。

2.3.2 试验开机期间

试验期间对压缩空气系统进行全时段24 h 的监视巡检，由于压缩空气系统无人值守，故要求巡视人员2 h 巡视一次，主要巡检内容如下：

（1）查看运行参数并记录主要运行参数。

（2）观察干燥机气动阀的状态，填写判断结论。

（3）观察储气罐自动排污阀的执行，填写观察结论。

飞机气候环境实验室试验监控软件可以实现对压缩空气系统24 h 的监视。通过设备上的传感器实时显示压缩空气系统的运行情况，包括正在运行的空压机的数量、空压机输出压缩空气的供气压力和供气流量（图4）。

图4 压缩空气系统状态参数

3 压缩空气系统的操作

操作按照作业文件《压缩空气系统操作及维护规程》的规定进行，以下6 点是关键内容：

（1）根据需求做好空压机产能与干燥器处理负荷平衡，避免出现干燥器超量处理湿空气的情况。

（2）压缩空气系统的压力上限是1.0 MPa，故空压机的上限值设定不高于1.0 MPa。

（3）由于干燥机使用的也是气动调节阀，需要的动力大于0.4 MPa，故空压机的输气压力达到0.45 MPa 时在开启干燥机。

（4）干燥塔之间的手动平衡阀要按照实际使用调节开度。

（5）停机阶段要排空管道和储气管内的凝结水。

（6）停机时需排掉干燥塔的存气并将干燥器前后端的进、出气阀门关闭。

4 压缩空气系统的维护

压缩空气中使用的主要设备是空压机和干燥机，定期对其进行维护保养能够充分发挥机器的最佳性能，每次做好维护记录以备查阅。

4.1 空压机的维保

空压机的维护保养应注意以下内容：

（1）空压机的维护部件是空压机、空气过滤器、油过滤器、油分离器、冷却油。

（2）冷却油使用同一规格的产品。

4.2 干燥机的维保

干燥机的维保内容主要是防止吸附剂的被污染，干燥机的维护保养应注意以下内容：

（1）吸附剂装运在密封容器里，使用前不要打开盖子，避免吸附剂受潮，如果吸附剂暴露在空气中，使用前可在400 ℉（即204 ℃）的烘炉中加热4 h。

（2）如果吸附干燥机中填充的不是干的吸附剂，为了使吸附剂干燥，将吸附干燥机的进口流量减到最大进口流量的50%，如此运行48 h。

（3）干燥机再生时，再生吸附塔内的压力不得超过0.1 MPa，若超过此值，在确认阀门无故障的情况下，可以认为消声器堵塞，此时应拆下消声器将堵塞物清除掉，严重堵塞且清除不掉的则需更换消声器。

（4）保证干燥机按规定使用及时更换到使用期限的吸附剂。

5 结语

在实际使用过程中，为实现对压缩空气系统设备全寿命周期管理[7]，在工作中总结出如下经验：

（1）应当对操作员工进行反复培训，重视保养和日常检查工作。

（2）压缩空气系统设计或设备选型都是按照最大负荷条件进行并留有余量，认为指标越高越好是片面的，高指标代表着高成本，只要符合用气要求即可。

（3）使用前必须仔细阅读生产厂家制定的质量手册等文件并遵照执行，这样才能保证压缩空气系统的科学使用。

（4）避免出现管路污染，停机阶段要确保管路系统同大气的隔离。

（5）根据压缩空气使用量，使用不同的管路和后处理设备配置。