高压空气压缩机系统泄漏的控制

杨 亮，陆文涛，孔范运

（中国石油辽阳石油化纤公司机械检修部，辽宁辽阳 111003）

0 前言

某机械厂在制造高压容器的同时修理阀门，容器制造和安全阀校验用高压空气是由厂空压站提供。空压站的高压空气压缩机（简称空压机）采用四级压缩二级冷却系统[1]，即在二级压缩后用管壳式水冷器[2]冷却，而三级压缩后用套管式水冷器[3]冷却。由于更换的三级套管式水冷器为内管翅片结构（图1），经常因压缩系统泄漏而停车，维修人员开始采取的是更换相应损坏元件的方式以应对泄漏，但效果不好。后经逐步分析和查找，最终找到压缩系统超压泄漏的症结，将问题反馈给空压机厂家，重新配套并更换了套管式水冷器，从而解决了空压机系统的泄漏问题。

图1 套管式水冷器内管翅片结构

1 空压机系统超压泄漏问题

（1）空压机在运行过程中发生二级安全阀超压启跳造成频繁停机。维修人员在检查时发现三级缸的进、排气阀片和弹簧片均有损坏，更换备件后压缩机恢复正常工作，由此判断压缩机的开、停车过于频繁，是造成阀片和弹簧片疲劳失效损坏的原因。

（2）在空压机运行过程中多次发生三级排气管与套管式水冷器连接头泄漏的现象（图2），更换连接头的紫铜垫并对锁紧螺帽进行拧紧，但过一段时间后又发生了泄漏，由于泄漏量小，也未影响空压机的正常运行，所以并未引起重视而造成严重泄漏。例如，造成三级套管式水冷器外套管与内管连接封闭件的开裂，并连带冷却水观察窗及二级压力表的损坏，再次造成空压机停机等严重事件。

2 空压机系统超压泄漏问题的解决

2.1 解决措施

图2 三级排气管与水冷器连接头泄漏

（1）检查破裂的套管式水冷器外套管与内管连接封闭件。破裂发生在外套管封闭件与内管连接的焊缝处，封闭件本身完好无损，也未发现表面缺陷，怀疑是由于焊接缺陷在较高温度和压力下引起的破裂。用手盘车检查活塞的运行状况，并且通过压铅检查活塞上顶点余隙尺寸并调至合理，顶缸造成的损坏被排除。

（2）更换元件后重新试车（图3），出现了二级安全阀启跳、三级压力表快速上升、三级排气管出口端高温等情况。再次停车后检查，打开三级缸取出阀座，发现阀座、阀片出现干烧现象，而且活塞顶部有积水。将冷却套拆下并检查密封面，发现紫铜垫有损坏（图4），这是造成活塞顶部有积水的原因。将此紫铜垫更换后再次试车，情况没有改变。

经初步分析，认为有3个原因：①二级安全阀起启跳，是由于三级压缩空气回流至二级安全阀，高出了二级安全阀的整定压力所致。②三级压力表指针快速上升，是由于压缩空气排气不畅造成。③三级排气管出口端温度较高，而排气管的末端较低，说明三级管线有堵塞，压缩空气受阻加剧了气体压缩放热现象，由此引起排气管出口温度较高，造成三级阀座的干烧现象。

（3）进行深入检查与试验。将三级排气管线整体拆下并仔细检查，发现三级套管式水冷器内管入口完全堵塞（图5），里面夹杂了大量的铁锈和破碎的阀片及弹簧片。先不将三级排气管线连接进行试车，空气从三级排气端排出，手感排气温度与室温区别不大。然后再将三级排气管及套管式水冷器与空压机连接，并敞开套管式水冷器的出口，再试车发现排空端虽有气体排出，但在运行几分钟后，用手触摸管道，发现三级排气管温度较高，由此证明三级管线排气不畅，有气体压缩放热现象（图6），即三级水冷器达不到应有的流量。这是由于铁锈和破碎的阀片及弹簧片在水冷器内管深处阻碍了空气的流通，致使三级排气管出现高温现象，由此验证了上述分析判断的正确性。

（4）根据分析结果与试验查明的原因，说明系统超压泄漏的原因是三级套管式水冷器内管翅片结构不合理，即通道小、易堵塞，并将问题反馈给了空压机厂家，重新配套并更换了较大内管直径的套管式水冷器，满足了压缩系统的要求，空压机可正常运行。

图3 更换损坏件后的空压机

图4 损坏的紫铜垫

图5 套管式水冷器内管堵塞

图6 三级排气管呈现高温

2.2 经验总结及注意事项

（1）造成空压机系统泄漏的原因。①铜垫漏水，产生水击，是造成阀片及弹簧片经常损坏的主要原因。②三级套管式水冷器内管翅片结构设计不合理，内径小易堵塞，随着空压机的使用，污垢杂物使内管通道变小直至堵死，使排气压力和温度升高，造成管接头泄漏。③三级压缩气体排气受阻，使得水冷器外套管与内管的连接封闭件经常处在较高温度和压力下而造成破裂。④空压机设计不合理，缺少过滤装置，无法防止杂物进入排气管线而发生堵塞。⑤操作人员技术水平低和缺乏责任感，监控不到位。

（2）总结归纳出空压机的使用管理方法[4]（表1）。

表1 空压机日常检查与维护要求

2.3 紧急情况的处理

（1）9种情况应停机检查。①一级吸入气体压力下降到规定值，各级排出压力超过15%的工艺指标。②循环油及冷却水压力下降到规定值。③主轴承、曲拐轴承、十字头滑板、机身滑道以及填料函部分温度超过规定值。④冷却水的回水温度过高或有大量气体窜出。⑤各级气体出口温度超过规定值。⑥主轴承、机体及气缸发生振动。⑦气缸内有异常响声。⑧气缸及填料函注油点断油。⑨气阀漏气或安全阀起跳。

（2）5种情况应紧急停机处理。①各级气体进出口温度、压力突然发生急剧上升或下降。②机体或气缸内有较大异响。③机组突然大幅度振动。④气缸部分大量漏气。⑤主、辅机或管道突然发生破裂爆炸。紧急停车后，应立即关闭排气管道阀门，同时用回路阀和放空阀卸去系统内的气体压力，并且同正常停机一样妥善作好后期处理工作。

3 结束语

高压空气是压力容器制造和安全阀校验等不可或缺的动力源。为此，空压机系统应保持完好状态并正常运行，这不仅取决于设计的合理性与制造的可靠性，更取决于正确使用与维护，即需要空压机的建造与使用双方的共同控制。例如，对空压机系统发生的泄漏等问题，在更换损坏元件的同时，还尚应分析查找引起损坏的原因，彻底解决并根除潜在的风险危害，保证空压机的正常运行；水冷器是空压机的重要辅助设备，其设计的合理性与制造的可靠性是空压机系统正常运行的前提，设计时应完善和改进内管的翅片结构[3]以防止堵塞。空压机的使用管理同样重要，应完善空压机的安全操作规程，经常对操作人员进行岗位培训，并严格按操作规程进行日常巡检与维护，使空压机系统处于完好状态。

［1］GB/T 151—2014，热交换器［S］.

［2］HG/T 2650—2011，水冷管式换热器［S］.

［3］王福利.石油化工厂设备检修手册·压缩机组［M］.北京:中国石化出版社，2007.