空压机低温启动机械自动开关式 密封挡板实验与研究

李树祥

秦皇岛发电责任有限公司，河北秦皇岛，066003

0 引言

秦皇岛电厂空压机房每次到了冬季都存在空压机房内环境温度很低，需要运行人员和维护人员共同操作，复杂且存在不及时性，对需要启动的空压机主机进行加热升温，以提升空压机主机润滑系统的阻力和润滑性能，否则会造成主机不能成功启动或者造成主机和电机的严重损坏。目前提升北方区域冬季空压机厂房内环境温度，解决螺杆空压机行业的低温启动困难是目前行业普遍存在的问题。我公司针对此情况进行立项，现场试验成功，提出了在螺杆空压机的出口风道上加装新型的机械自动式密封挡板。目的是解决停机的空压机低温环境下顺利启动，切断停止运行的空压机通过排风口吸入的冷空气导致的环境温度低，为后续即将运行的空压机顺利启动创造适宜的启动温度。通过该研究思路，研究密封挡板的结构组成和安装。用非常低的资金投入，实现自动开关，保证空压机房内环境启动时最低温度的要求，大大提升了空压机主机设备的安全可靠性和及时性[1-2]。空压机低温启动存在巨大安全隐患是一个行业难题。据了解目前此方面没有很好的提升温度的措施。只有运行人员在启动空压机的时候，检修维护人员做好主机升温措施。我们利用空压机排气存在较强压力的特点，对空压机厂房内部冬季环境温度低提出了针对性很强的创新改造措施。利用杠杆平衡原理，加装制作机械式自动开关密封挡板，明显提升北方区域冬季空压机厂房内环境温度，解决了目前螺杆空压机行业的低温启动困难的问题。

1 项目研究的意义和社会经济效益

该项目明显提升北方区域冬季空压机厂房内环境温度，大大减少检修人员的烘烤加热措施，减少运行人员繁琐的、危险性高的操作量，大大提升设备启动的及时性、可靠性、安全性。用非常低的资金投入，实现自动开关，保证空压机低温顺利启动，大大提升设备及人员的安全可靠性，值得在空压机领域推广。

我们以1台英格索兰26立方方螺杆空压机为例，如果因为低温启动操作不当，导致主机头报废和低压380V、160kW电机报废，直接经济损失分别为12万和6万。这还不包括因空压机低温启动不当造成厂用压缩空气系统及干除灰压缩空气系统由于压缩空气压力不足，直接威胁机组气动执行机构的正常开启而带来的机组稳定运行的危险性后果。装机容量为1000MW的电厂，像水泥厂、港口、钢厂等企业都需要螺杆式空压机，即使一家单位一年有一次这样的事故发生，直接经济损失就是18万元。仅目前全国类似火电企业就有3000多家，都面临空压机低温启动这一难题。所以直接经济效益和间接经济效益可以达到几亿元。对企业降低设备治理成本具有推广意义[3-4]。

2 项目研究解决的关键技术问题及创新点

解决了目前螺杆空压机行业的低温启动困难的问题。避免空压机主机因运行操作不当导致的整机报废，消除了因空压机不能及时安全启动导致的压缩空气系统压力低导致的整个运行机组的安全稳定运行问题。

该项目研究的创新点主要是该型挡板安装简便，对空间要求低。利用杠杆平衡原理改型挡板制作费用极低，现场安装后牢固、耐用、安全稳定。

3 低温启动危险性及启动措施浅言

螺杆式空气压缩机低温启动困难是目前压缩机运行操作中的很关键的难点，对运行人员和螺杆空压机设备来说都是一个严峻挑战。这就要求我们运行维护人员确认周围环境温度是否在5℃以上（目前一般经验要求是0℃以上，本文从安全角度阐述提出5℃以上），冬季低温螺杆空压机经常会出现无法启动原因，冬季空压机机房要做好供暖措施，因为低温环境下启动空压机时，润滑油黏度增大流动性差，导致机组各润滑部位油粘度高（排出电压相对偏低，容易造成主机无法启动情况），其次低温会使得冷凝水不易析出而停留在机组内容易出现结冰，损坏管路、阀门、冷却器等部件。螺杆空压机低温不启动可从以下几点入手：一是机房供暖；二是选用耐低温的全合成机油；三是正确的空压机的使用方式。冬季在空压机使用之前应先观察油品是否存在流动性变差或者凝固的现象，如果温度过低，就要采用加热装置对油分离器及主机部位加热，最低保持到高温15℃左右，打开机盖手动盘车2～3圈看转动是否灵活无卡涩，观察润滑油位是否正常，具备条件后方可启动空压机。点动空压机3～4次，空压机运转一段时间后方可加载。空压机停机时要将管道、储气罐、冷干机等排水阀打开，将里面冷凝水排放干净后再关闭阀门。这里每一个环节操作都非常严格，操作不当容易引起油分破裂、供油不足、机头卡死等恶性故障，造成设备严重损坏和厂用压缩空气系统及干除灰压缩空气系统由于压缩空气压力不足，威胁机组气动执行机构的正常开启[5]。

我们北方电厂使用的空压机一般都安装在厂房内，使用的一般都是全合成的润滑机油，运行使用时间一般为5000至8000小时，且润滑油价格昂贵，不易因启动而频繁更换。对运行检修人员采取加热油分离器及主机头的工作既危险又不易掌握好启动条件，另外一个因素是时间紧张，不及时启动造成压缩空气系统压力拉低影响气动设备安全工作和机组安全运行。本文从另外一个角度提出针对性很强的措施保证了螺杆空压机低温启动的难题。

4 环境低温产生的原因分析

空压机厂房一般都是密闭的建筑空间，厂房南北两侧设有窗户采光，一般北侧设有进气孔道，进气孔道可以调节开口大小。空压机吸收厂房内的原空气进行工作，厂房内空气被吸走形成厂房内部负压，通过进气孔道源源不断地吸进新的空气进行补充，保持总体内外压力平衡。良好的气压平衡循环是根据空压机的功率、进气孔道通径截面积和空压机的吸气通道截面积大小等因素决定的。需要说明的是北方冬季即使里面采暖效果再好，由于厂房内的空气源源不断地被空压机吸走，厂房外面的冷空气不断地吸入，里面的环境温度也会很低。环境低温对于已经运行起来的空压机机组影响不大，因为运行的空压机会产生很多热量[6]。而环境低温对于目前停机需要马上投入运行的空压机来说启动运行却是致命的威胁。原因就是此时对于目前停机需要马上投入运行的空压机，由于停机时通过排风通道吸入的冷空气导致机组温度很低，空压机启动难度和启动危险因素大增，润滑油系统建立不了良性循环，即使启动前5秒采用星三角转换也不能成功，会对主机和电机造成严重损坏。空压机厂房内外空气平衡示意图如图1所示。

5 提高环境温度、创新改造方案的策略与实施

要解决停机的空压机顺利启动，就要达到机组本身环境温度最低保持在5℃以上，我们就要切断通过排风口源源不断吸入的冷空气，这就要求空压机运行时排风口自动打开，停机时排风口自动关闭。第一种投入资金高，施工难度大，具体思路就是利用联启功能，加装联启控制电路，给控制挡板开关的开关电机触发信号，和空压机同步启停，前提是安装好隔绝密封挡板。但是存在投入资金高、空间结构限制且施工安装难度太大的制约因素。第二种思路利用空压机排气存在较强压力的特点，我们利用杠杆平衡原理，利用平衡重锤和手柄杆的重力矩等于密封挡板的重力矩，加装制作机械自动开启关闭式密封挡板解决这个问题，这种方案优点是投入资金少，且施工难度小，备件不易损坏。具体就是第一部分为2个轴承座，用于在风道上安装固定挡板轴；第二部分为密封挡板，用来开关隔绝空气流；第三部分为密封挡板下方托架，用于空压机停机运行，密封挡板关闭时挡板搭在托架上，防止上下摆动，另外还起到一个密封的作用；第四部分为密封挡板轴，起到连接固定挡板开关的作用；第五部分为重锤手柄，起到空压机停运时平衡挡板处于关位的作用；第六部分为附件连接件，螺栓和紧固钢带，用于部件连接的作用。轴和挡板刚性固定，平时挡板搭在出口风道内部的托架上，当空压机启动后，挡板受到出口风力的影响，重锤手柄和挡板的自平衡受到外力破坏而自动打开，停机时由于没有出口风力，利用平衡原理而自动关闭。通过这个措施保证机房内气流平衡和适宜温度。我们在论证这一创新改造方案后，对我公司一期干除灰空压机房的4台空压机的安装空间及出口风道的结构进行分析，已经在一期干除灰#1空压机做了加装自动密封挡板的配重试验和实践安装半年多，效果非常理想，每次空压机启停均能实现自动开关[7]。最终决定申报小型技改项目，决定在2021年8月对剩下的3台空压机进行全部改造。空压机风道安装和挡板开关立体示意图如图2、图3所示。该改造极大降低了运行操作人员低温启动空压机的操作难度和危险因素，有效解决了低温环境严重影响空螺杆压机低温启动的安全难题。

6 结语

本文通过说明对于电厂的系统设备存在的安全隐患问题，要根据现场实际情况，认真全面分析，找到问题的症结所在，一定要结合设备运行工况及所安装的空间结构进行具体分析，用最低的资金投入达到我们对设备改造后可靠安全运行的目的。