Наиболее частые неполадки компрессоров и причины их возникновения

Аварии и неполадки компрессорного оборудования

Аварии и неполадки компрессорного оборудования приносят значительный ущерб производству, выражающийся в длительных неплановых остановках, нарушениях режима технологического процесса, угрозе безопасности обслуживающего персонала и повышении себестоимости выпускаемого продукта.
Статистические данные обследований аварий и неполадок компрессорного оборудования на промышленных предприятиях и анализ причин аварий показывает, что

аварии и неполадки в работе происходят вследствие конструктивных недостатков отдельных деталей и узлов, ошибок, допущенных при изготовлении компрессорного оборудования и несоблюдения требований инструкций и норм эксплуатации.
В процентном отношении общее количество аварий и неполадок компрессорных машин на одном из химических комбинатов распределялось следующим образом: 6% аварий произошло из-за конструктивных недостатков; 54% аварий произошло из-за низкого качества деталей (причем на вновь изготовляемые детали пришлось 46%, а на ремонтируемые— 8%); 40% аварий из-за нарушения инструкций и норм эксплуатации.

Предупреждение неполадок в компрессорах.

Все аварии и неполадки следует тщательно изучать для выявления причин и разработки рекомендаций по их предупреждению.
Рассмотрим описания и анализ причин некоторых аварий и неполадок поршневых компрессоров.

Нарушение нормального распределения давления по ступеням, которое является следствием пропуска газа всасывающими и нагнетательными клапанами, а также поршневыми кольцами приводит к снижению производительности компрессора.

Дефекты в изготовлении, монтаже, а также несоблюдение норм эксплуатации и погрешности при ремонте влияют на герметичность клапанов и поршневых колец.

Недостаточная смазка цилиндров и сальников ухудшает уплотнение и также приводит к снижению производительности машины.

Ремонт и замена деталей компрессоров

Основой процесса восстановительного ремонта компрессора является определение неисправности. Эта составляющая ремонта, зачастую составляет наибольшую его часть по времени, так как для выявления неисправности, необходимо иметь представление обо всех агрегатах компрессора и процессах происходящих в них. После определения неисправности, производится замена изношенных деталей и восстановление работоспособности.

Наиболее частые неполадки компрессоров и причины их возникновения

В практике эксплуатации имеют место неполадки и аварии компрессоров, происходящие вследствие попадания в полости цилиндров твердых тел, воды, излишнего количества масла, нарушения линейного мертвого пространства, которые обычно приводят к стукам или резким ударам. Стуки в компрессорных машинах могут обусловливаться и рядом других причин и являются тревожными сигналами при эксплуатации:

Например, выработка цилиндра и цилиндровой втулки;

Износ поршня и поршневых колец;

Заедание и загрязнение цилиндра, поршня и поршневых колец;

Перекос поршня в цилиндре и криволинейность штока;

Несоосность оси рамы, цилиндра и механизма движения;

Ослабление крепления клапанов в гнездах цилиндра и поломка клапанных пластин;

Ослабление соединения штока с крейцкопфом и ползуном;

Ослабление затяжки подшипников кривошипной и крейцкопфной головок шатуна;

Выработка пальца крейцкопфа;

Наличие недопустимых зазоров между крейцкопфом и направляющими рамы;

Износ и ослабление затяжки коренных и выносного подшипников;

Выработка коренных и шатунных шеек вала;

Ослабление шарнирных соединений деталей механизма движения;

Отставание промежуточных и концевых ползунов от направляющих параллелей;

Ослабление или неправильное крепление маховика на валу и другие неполадки, которые обычно сопровождаются стуком при эксплуатации компрессора.

При появлении стуков компрессор необходимо остановить, выявить причины и ликвидировать дефекты, обуславливающие их.

Нагрев подшипников компрессора является часто причиной неполадок в машине. Основными причинами нагрева подшипников с принудительной циркуляционной смазкой являются:

неправильно выбранный сорт масла;

засорение маслопроводов и фильтров;

неточная подгонка вкладышей подшипника к шейкам вала;

перекос или искривление оси вала и чрезмерная затяжка подшипников.

При значительном нагреве подшипника рекомендуется замена отработанной смазки на смазку с необходимой вязкостью, увеличение давления масла в системе, регулировка зазоров между цапфами и вкладышами с установкой прокладок.

Нагревание крейцкопфа и ползуна, направляющих рам и фонарей обычно происходит при низком качестве материала, погрешностях изготовления и пригонки трущихся поверхностей; наличия перекосов сопрягаемых деталей или недостаточности и несоответствия смазки.
Особое внимание следует уделять подгонке опорных поверхностей башмаков к направляющим рам к фонарям.
Нормальная эксплуатация механизма движения возможна только при надежной работе циркуляционной системы смазки, которая в основном контролируется по давлению масла. Падение давления масла в системе может произойти вследствие отказа работы шестеренчатого насоса, неисправности перепускного клапана, малого уровня масла в маслобаке, утечек масла в системе; засорения масляного фильтра и приемного» клапана насоса или чрезмерного нагрева масла.

Основными причинами разрушения шатунов являются сильная и неравномерная затяжка шатунных болтов, ослабление гаек болтов во время работы, наличие люфтов в кривошипном подшипнике, заедание поршня в цилиндре, погрешности в изготовлении и монтаже деталей механизма движения, низкое качество материала деталей и усталость металла.
Разрушения шатунов и шатунных болтов могут привести к повреждению; коленчатого вала, рамы, штоки и другие детали-машины.
Основным мероприятием по предотвращению разрушения шатунов и шатунных болтов является комплексный контроль при изготовлении, монтаже, эксплуатации и ремонте, а также своевременная замена шатунов и шатунных болтов, отработавших «предельный срок службы».

Заедание (заклинивание) поршня может привести к обрыву штока, разрушению шатуна, коленчатого вала, цилиндра и рамы. Заедание поршня бывает при плохой недостаточной смазке, при перекосах кривошипно-шатунного механизма; сильном нагреве поршня и поршневых колец; неправильном выборе материала цилиндра и поршня; несоответствие линейных расширений материала этих деталей и резком изменении режима охлаждения цилиндра и ряде других причин.

Разрушение поршневых колец происходит при низком качестве материала; погрешностях изготовления, монтажа; несоблюдении норм эксплуатации. Интенсивность износа поршневых колец, поршня и зеркала цилиндра зависит от правильности выбора пар трения, точности изготовления и монтажа, чистоты газа, удельного давления, условий смазки и охлаждения и ряда других факторов.

Причинами, нарушающими нормальный режим работы компрессоров, являются заедание клапанных пластин при неправильной сборке и загрязнении, попадание посторонних тел между клапанной пластиной и седлом (прокладок, обтирочного материала, обломок пружин и т. п.); установка пружин с жесткостью, не соответствующей расчетной, наличие нагара на деталях клапана, износ седла и клапанных пластин и другие дефекты. Причинами недостаточной долговечности клапанов являются тяжелые условия работы, приводящие клапанные пластины к усталостному разрушению.

На работу сальников влияют точность изготовления и пригонки, износ уплотняющих элементов, выработка и перекос штока, недостаточная смазка и несоблюдение монтажных зазоров и условий эксплуатации.

Особое внимание следует уделять вибрации компрессора. Нужно помнить, что даже незначительное движение рамы на фундаменте недопустимо, так как в процессе эксплуатации это может привести к тяжелой аварии с обрывом фундаментных болтов, разрушением подшипников, валов, выводом из строя электродвигателя и разрушением фундамента.
Для предотвращения отрыва рамы от фундамента необходимо соблюдать все требования, предъявляемые при монтаже поршневых компрессоров. Фундамент под компрессор должен отвечать техническим условиям чертежа. Перед установкой раму необходимо залить бетоном с нижней стороны и после 2—3 дней с момента предварительной подливки ее можно устанавливать на фундамент. Окончательно выверяют раму после привалки цилиндров и установки коренного вала. Установка и выверка должны происходить в соответствии с монтажными формулярами. После установки рамы ее подливают. Поверхность фундамента очищают от грязи и смачивают водой, потом подлитый фундамент выдерживают 8—10 дней. Затем производят окончательную затяжку фундаментных болтов.

Опасность разрушения чугунных маховиков возможна при окружных скоростях более 30 м/сек, наличии дефектов в отливках (раковины, трещины и т. п.), монтажных погрешностях (перекосах, недостаточной точности балансировки и т. п.), а также вследствие разрушения крепления от усталости металла, возникновении гидравлического удара или резкого заклинивания поршня в цилиндре.

При установке компрессорных машин в помещениях с низкой температурой нужно помнить о возможности размораживания цилиндров и холодильников. Во избежание размораживания необходимо при длительных остановках отводить воду от всех охлаждаемых частей компрессора.

Надежная и долговечная работа компрессора возможна только при безотказном действии вспомогательной аппаратуры (холодильников, влагомаслоотделителей, буферных емкостей, воздухосборников, газосборников, гидрозатворов) и арматуры. Наиболее слабым звеном в межступенчатой аппаратуре являются холодильники, особенно кожухотрубчатые и с пучками ребристых трубок.
В холодильниках этого типа иногда нарушается герметичность системы охлаждения. Причинами являются: плохая плотность развальцовки трубок; появление продольных и поперечных трещин в трубках, трубных решетках и крышках; разрушение прокладок; ослабление и разуплотнение стыков и т.д.
Незначительный стук при эксплуатации может свидетельствовать об ослаблении перегородок; при этом возможно разрушение трубок.

Если вода после холодильника течет из сливной трубы с пузырьками газа, то это показывает на недостаточное уплотнение между газовой и водяной полостью. Холодильники необходимо вскрыть и проверить состояние водяных трубок, решеток и уплотнений. Ели вода течет из сливной трубы прерывистой струей, то имеет место разрыв отдельных трубок холодильника.

Нарушения теплового режима компрессора часто связаны с загрязнением охлаждающих поверхностей, недостаточной подачей воды на охлаждение и несоответствием проектных характеристик охлаждающих поверхностей действительным. Температурный перепад охлаждающей воды в холодильниках обычно составляет 10—16°С. Снижение температурного перепада свидетельствует о загрязнении холодильника при нормальной подаче воды.
При большом числе заглушённых и забитых накипью трубок, а также при высокой температуре газа, в конце сжатия предыдущей ступени температурный перепад воды может возрасти до 20°С и выше.
Накипь в трубках холодильников рекомендуется удалять путем протравливания раствором соляной кислоты.
Промежуточные холодильники считают изношенными, если вес их металлической сердцевины в результате коррозии уменьшился на 20%. Отдельные трубки, дающие течь, глушатся. Общее число заглушённых трубок не должно снижать поверхность охлаждения холодильника более чем на 10—15%.
Основными неполадками в работе холодильников «труба в трубе» и змеевиковых являются загрязнения охлаждающих поверхностей и возможность ослабления крепления линзовых и других уплотнений от вибрации трубопроводов и аппаратуры при эксплуатации. Во избежание взрывов все газопроводы, сборники газа и воздуха, буферные емкости, влагомаслоотделители необходимо очищать от нагара и масла. Если при разборке в аппаратах и газопроводах обнаружен нагар, то их разбирают и тщательно чистят или заменяют новыми. Очистку производят механическим способом с последующим травлением 20—25%-ным раствором соляной кислоты и продувкой паром.

Надежность и долговечность компрессорной установки зависит также от безотказной работы предохранительных и обратных клапанов, задвижек, запорных и регулировочных вентилей. Погнутость и заедание шпинделя; перекос, чрезмерное зажатие и износ сальниковой набивки; излом и плохая пригонка клапана к седлу и ряд других дефектов арматуры нарушают нормальную работу компрессорной установки.

При вспышке паров масла и хлопков газа, имеющих место при нарушении норм эксплуатации поршневого компрессора, необходимо машину остановить и тщательно проверить, а участок, на котором произошла вспышка или хлопок газа, разобрать для выявления причин. Компрессорное масло подвергают анализу.

На воздушных компрессорах горячий сжатый воздух с парами масла образует взрывоопасную смесь. При температуре 200°С происходит разложение масел с образованием ацетилена и других углеводородов, что увеличивает опасность взрыва.
Отлагающаяся на стенках воздухопроводов и воздухосборников пропитанная маслом окись железа FеО3 приводит к накоплению электростатических зарядов и также создаст опасность взрыва.

Высокая температура сжатого воздуха вызывает перегрев цилиндра и может явиться причиной его разрушения. Поэтому повышение температуры воздуха более 160° С в одноцилиндровых компрессорах и более 140° С в многоступенчатых (в каждой ступени) не допускается. Более высокая температура может быть допущена в отдельных случаях специальной инструкцией.

Во избежание образовании взрывоопасных паров необходимо тщательно контролировать качество и расход компрессорного масла, которое должно иметь определенную вязкость и температуру вспышки.
Воздух и загрязненный газ должны всасываться в компрессор через фильтр — это предотвращает попадание посторонних частиц и пыли в полости цилиндров.

Учитывая, что в период пуска компрессорной установки и обкатки вхолостую имеет место наибольшее число аварий и неполадок, обслуживающий персонал должен обратить особое внимание на точность соблюдения инструкции эксплуатации. Пуску компрессора должен предшествовать предупреждающий сигнал. Посторонние лица из машинного зала удаляются. Перед пуском компрессорной установки необходимо провести все подготовительные работы в соответствии с требованиями эксплуатации.

Кроме указанных мероприятий, необходимо соблюдать требования по безопасности обслуживания электрической части компрессорной установки, а также выполнять инструкции пожарной безопасности.

Примеры и анализ аварий

При выводе на рабочий режим газового компрессора 5Г произошел разрыв корпуса холодильника второй ступени по вертикальному сварному шву. Разрушение произошло при давлении 5 кг/см2. Причиной аварии явилось наличие конденсата в холодильнике, обнаружить скопление которого обслуживающему персоналу было невозможно, так как в схеме обвязки компрессора не были предусмотрены спускные контрольные краники. В инструкции по эксплуатации это также не нашло отражения.

Эта авария произошла из-за конструктивных недостатков, допущенных при проектировании компрессорной машины.

В цехе получения кислорода через 7 ч после пуска был аварийно остановлен воздушный трехступенчатый компрессор производительностью 1380 м3/ч, давлением нагнетания 50 кг/см2. Причиной остановки явилось выплавление выносного и одного коренного подшипников коленчатого вала. Выплавление подшипников произошло из-за недостатка масла в маслобаке, хотя давление в системе смазки по показанию манометра оставалось нормальным. Стабильность показания, манометра объясняется подсосом воздуха в масляную систему. Уровень масла в маслобаке не проверялся из-за отсутствия масломера.

При эксплуатации холодильной установки у аммиачного компрессора 4БАУ-19 разрушилась, крышка цилиндра. После 8000 ч работы компрессора при давлении нагнетания 12 кГ/см2 произошел отрыв выпуклой части крышки от фланца. Химическим анализом было установлено, что крышка цилиндра была изготовлена из серого чугуна СЧ 12-28, в то время как по техническим условиям механические свойства чугуна, идущего на изготовление крышек цилиндров компрессоров, должны быть не ниже механических свойств чугуна СЧ 21-40 по ГОСТу И12-54, Проведенный расчет показал, что действительные напряжения изгиба, возникающие в крышке во время работы, составляли 1100 кг/см2, а для чугуна указанной марки допускаемые напряжения не должны превышать 400 кг/см2. Таким образом разрыв крышки произошел из-за недостаточной прочности материала, который был использован изготовителями без предварительного поверочного расчета.

Воздушный компрессор 4ГГ был аварийно остановлен из-за сильного стука в цилиндре второй ступени. При разборке машины обнаружили пробой отверстия в крышке цилиндра второй ступени. Обследованием было установлено, что пробой отверстия был вызван пробкой поршня, которая во время работы постепенно вывернулась из гнезда. Выход пробки из резьбового гнезда произошел вследствие того, что она была установлена без сурика, несмотря на то, что это предусматривалось техническими требованиями.

На азотном пятиступенчатом компрессоре производительностью 1200 м3/ч давлением нагнетания 700 кг/см2 произошло выплавление коренного подшипника. Авария произошла вследствие того, что при подготовке к пуску компрессора при повышении давления в системе смазки был плохо закрыт вентиль подачи масла из воронки во всасывающий маслопровод. После того, как масло из воронки вытекло, произошло подсасывание воздуха. В результате этого насос перестал подавать масло в систему смазки ходовой части компрессора, подшипники стали истираться.