关于CNG压缩机故障的认识及研究

羌鹏飞 胡小罗

摘要：文章首先从气阀、活塞环和气缸过热等几个方面对CNG压缩机的常见故障进行分析，在此基础上，对CNG压缩机的故障诊断与处理方法进行论述，以期对CNG压缩机运行稳定性的提升及使用寿命的延长有所帮助。

关键词：CNG压缩机；故障；诊断；处理

1 CNG压缩机常见故障分析

在压缩天然气（Compressed Natural Gas，CNG）即CNG加气站中，压缩机是不可或缺的重要设备之一，如果该设备发生故障，将会对CNG加气站的正常运行造成严重影响。由于压缩机具有体积大、零部件多、结构复杂等特点，从而使得设备故障问题呈现出多样性。不仅如此，压缩机作为CNG加气站中的核心设备，其通常都是24 h运行，在各个子系统之间的相互作用下，很容易造成压缩机多种故障并存的现象，这也为故障处理增添了一定难度。为此，必须对压缩机的故障原因全面分析，借此来找出故障根源，采取行之有效的方法和措施加以解决，使压缩机在最短的时间内恢复运转，确保CNG加气站的正常运行。CNG压缩机主要由以下几个部分组成：主机、润滑系统、冷却系统、液压系统、电气系统等，在压缩机运行的过程中，这些部分都可能会发生故障问题，其中比较常见的故障有以下几个方面。

1.1压缩机气阀故障的成因

在压缩机中，气阀主要是用于控制气体及时吸入和排出气缸的部件，该部件的工作性能对压缩机的排气量、功耗以及运行可靠性等方面具有直接影响。因此，要求气阀应具备可靠性和耐久性。据不完全统计，压缩机中气阀故障约占总故障的40%左右，气阀中的阀片和弹簧是最易发生损坏的零件，是引起气阀故障的主要原因，除此之外，润滑油的影响以及气体中的异物也可能导致气阀故障。

1.1.1阀片故障

在压缩机的气阀中，阀片的主要作用是控制气阀的开启和关闭。当阀片处于正常运行状态时，不可避免地会与阀座及升程限制器之间发生撞击的现象，不仅如此，阀片还需要承受反复的冲击荷载，从而增大了其损坏的可能性。

1.1.2弹簧故障

在气阀中，弹簧能够减少阀片与升程限制器之间的撞击，如果弹簧失效，则无法及时快速地关闭气阀，并且还会增大阀片与升程限制器的撞击。折断和弹性改变是弹簧失效的主要表现形式，气阀弹簧在压缩机运转时，会随着气体介质的作用力变化作周期性压缩、复位运动，其所承受的扭矩与弯曲应力均会出现周期性的改变，由此很容易造成弹簧疲劳破坏。

1.1.3润滑油的影响

在压缩机中，润滑油最主要的作用就是对汽缸进行润滑，若是润滑油过量，多余的润滑油可能会在设备运转时，聚集到活塞环后的沟槽当中，在温度作用的影响下，这部分润滑油会发生炭化，从而卡住活塞环，由此会导致活塞与汽缸之间的气密性大幅度降低，泄漏的气体还会对粘附在汽缸壁上的润滑油膜造成破壞，进一步加剧了两者之间的磨损。此外，压缩气体还会带走一部分润滑油，它们会对气阀造成污染，由于气阀运转时的温度较高，粘附在其上的润滑油会出现焦化的现象，进而导致气阀无法密闭，排气量便会因此降低，压缩机的功耗会随之增大，阀片的磨损也会逐步加剧。

1.1.4气体中的异物

气体当中经常会存在一些污物，如铁锈、细小的砂粒以及具有腐蚀性的粉粒等，它们会导致气阀零部件的磨损情况加剧，并且还会进一步增大活塞环的磨损程度，若是处理得不及时，则会造成严重的后果[1]。

1.2压缩机活塞环的故障成因

在压缩机中，活塞环是除了气阀以外的又一易损零件，它的主要作用是避免气体泄漏，通常情况下，压缩机中两个活塞环的切口应当错开布置，角度不得小于120°。活塞环除了防气体泄漏的密封作用之外，还具有导热和布油的作用。在具体设计中，活塞环的开口间隙并不是随意选取的，若是间隙过小，当活塞环受热发生膨胀时，开口便会完全封闭，一旦活塞环在气缸内涨死，其与气缸内部的接触温度会迅速升高，这样一来，气缸壁上的润滑油膜会在温度的作用下被破坏，随着润滑条件的恶化，容易发生拉缸、活塞环断裂等现象。严重时，甚至会造成电动机超载，进而烧损。

1.3压缩机气缸过热的故障成因

CNG压缩机在正常运转的情况下，排气温度应当不高于160℃。如果气缸过热，除了会导致表面的油漆变色之外，还会加速气缸内润滑油的炭化速度，若是积炭发生燃烧，极有可能引起爆炸事故。导致气缸过热的主要原因有以下几个方面：冷却水供应不足、润滑油缺失或变质、气阀的阀片卡住或断裂[2]。

2 CNG压缩机的故障诊断与处理方法

2.1压缩机故障诊断技术

近年来，国内许多专家通过研究压缩机缸盖振动信号，将其作为诊断压缩机故障的方法，常见的诊断技术具体包括以下方面。

2.1.1热力性能参数检测技术

该检测技术是通过测量和分析热力性能参数，对压缩机运行状态进行判断的一种检测方法。所需测量的参数包括压缩机排气压力、水温、排气量、油温、冷却水量等，在分析这些参数的基础上判断压缩机故障发生的部位。热力性能参数检测通常适用于压缩机工艺参数检测，以便掌握压缩机的运行状态。

2.1.2振动噪声检测技术

该检测技术通过分析压缩机在运行状态下产生的不同振动信号，对压缩机故障进行诊断的一种方法。振动噪声检测技术主要适用于：通过检测分析压缩机表面的振动信号，判断压缩机气阀、汽缸、活塞等部分是否出现故障；通过监测润滑油管路中的压力波信号，判断压缩机轴承部位是否出现故障；通过监测压缩机气缸头的振动信号，判断缸内是否出现故障。在运用振动噪声检测技术时必须要对频谱分析技术进行优化，以便于从相互干扰的噪声中提取有用的故障特征信息。

2.1.3油液分析诊断技术

该诊断技术是以分析压缩机油液物理化学性质和油液中摩擦副磨损信息为依据，对压缩机故障进行诊断的一种方法。油液物理化学性质主要包括油液的酸度、粘度、水分等，磨损信息包括铁谱、光谱、颗粒计数等信息。在压缩机故障诊断中常应用油液分析诊断技术判断压力系统、齿轮箱或传动系统是否存在故障，并且还能够诊断出因机械磨损引发的故障。

2.1.4人工智能诊断技术

在人工智能技术不断发展的时代下，往复式机械故障诊断领域已经将神经网络技术与专家系统作为重要的诊断技术，这也同样适用于压缩机故障诊断中。人工智能诊断技术是借助智能化的计算机程序系统，纳入大量实践诊断经验和专家诊断案例，形成专家诊断知识库，用以解决压缩机内难度较大、复杂程度较高的故障诊断问题，该技术具备预测性强、可靠性高的优势[3]。

2.2压缩机故障处理方法

2.2.1气阀故障的处理

在压缩机运行过程中，若中间压力波动较大，则有可能是阀片损坏所引起的，并且会导致温度波动随之增大，最终造成压缩机运行故障。为有效处理此类故障，可及时将失效的旧阀片更换为新阀片。同时，还要在阀片位置安装升程定位器，调节阀片的升程，尽量使用长些的阀罩。

2.2.2活塞环故障的处理

由于压缩机内会积存多余气体，所以在汽缸与活塞之间要留出一定余隙，防止两者之间发生碰撞，避免气体压缩中的水蒸气出现冷凝现象。通过预留余隙，可有效延长活塞和气阀的使用寿命，以免造成不必要的损耗。在活塞环故障处理过程中，余隙的大小要控制得当，若过大，则会减小出口气体的压力，影响气体压缩的正常运行；若过小，则会使气缸产生较大冲击力，甚至导致撞缸。

2.2.3氣缸过热的故障处理

冷却水可始终保持气缸内润滑油的粘度，促使气缸和排气温度有效降低，保证气缸内润滑油的润滑效果，避免润滑油因温度过高而分解产生结垢。所以，要在压缩机运行中保持充足的冷却水供应量。由于空压机润滑对冷却摩擦表面有着重要作用，可降低部件运行的磨损程度，因此，要保证润滑油供应充足，对注油量进行调节。此外，若发现活塞环磨损严重、活塞环断裂等故障，则要立即更换这些部件。若气缸偏离十字头滑道，则要停止气缸运行，校正其运行轨迹[4]。

3 结语

综上所述，CNG压缩机是CNG加气站的核心设备，一旦其发生故障，将会对加气站的运行造成严重影响。为此，应当对其常见故障问题的成因进行分析，并采取科学的诊断技术，最后按照故障的诊断情况，采取有针对性的方法加以处理，在最短的时间内使压缩机恢复正常运行。

[参考文献]

[1]李彩霞.大型往复式压缩机故障分析及预防措施[J].压缩机技术，2012 （1）：54-57.

[2]李 佳，张玉婷，刘 闯.油液分析在往复式压缩机故障诊断中的应用[J].设备管路与维修，2013 （5）：49-50.

[3]陈晓慧，任世科.往复压缩机基于状态监测与故障诊断的RCM技术研究[J].科技视界，2013 （1）：32-34.

[4]张 平，杨 俊.往复式天然气压缩机热力性能故障与规避[J].中国石油和化工标准与质量，2013 （1）：258-260.