摘要：压缩机排气压力异常是一种常见故障，对压缩机排气压力故障原因与处理进行分析，具有重要的现实意义。本文针对某2#高炉的鼓风机组存在排气压力异常的问题，分析了故障原因，并对此提出了三种维修方案，通过采用风险评估，选出低风险的方案2，最终故障处理取得较好效果，保证了设备的安全稳定运行。
关键词：压缩机；排气压力；故障原因；故障处理
引言
轴流压缩机具有结构简单、重量轻、占地面积小以及运行维护方便等优点，特别适用于要求大流量的场合。但其在应用的过程中往往会出现排气压力异常的故障现象，当排气压力过高会引起压缩机长期超负荷运行，大大减短使用寿命，严重时会引起压缩机烧毁等。鉴于此，本文对轴流压缩机排气压力故障的原因进行了分析，并探讨了相关的维修方案，为轴流压缩机类似故障快速定位和解决提供了依据，同时也对维修人员正确维护管理设备具有一定借鉴意义。
一、概述
某2#高炉的鼓风机组采用AV45－13型静叶可调多级轴流式压缩机，鼓风机组随2#高炉于2004年投产运行，其配套的PLC冗余控制系统也自投产一直使用至今。2017年12月27日趁高炉检修机会，对鼓风机组控制系统进行更新升级，次日高炉复风后从控制室的人机界面发现，当排气压力为319kPa时，送风压力为287kPa，两者相差32kPa，二者变化情况同步，为此认为显示值异常，至少是排气压力和送风压力其中一个有异常。
二、故障原因
进一步排查，发现同时刻高炉那边的冷风压力为283kPa，对照鼓风机排气侧的布局（见图1），现场判定防喘阀和电动放风阀处于全关出口没有放风，根据出口管路流程及点检经验，一般地排气压力比送风压力高3kPa左右[1]，而送风压力比高炉的冷风压力高5kPa左右，对照这3个压力的关系，初步判断是排气压力比实际值偏高，再检查现场的排气压力变送器，其表头显示为290kPa，再在线测量其输出电流，发现与其表头显示吻合，为此判断变送器及取压部件没有问题，变送器输出是经配电器进入PLC模拟量输入模块的，检查与排气压力同模块的其他模拟量输入参数均指示正常，于是判断是与排气压力变送器配套的配电器出了问题，体现为输出电流偏大。
图1 风机进出气简易流程
1.送风阀 2.轴流压缩机 3.防喘阀 4.止回阀
然而，在本次检修之前的排气压力参数检测是正常的，与送风压力相较是完全吻合的，那为什么检修后就出问题了呢？事实上，控制系统中的有关检测参数的配电器也是在风机投产时配套过来的，已经使用了13年，作为一种电子设备，经过长时间通电运行难免有劣化倾向，某些电子元件处于临界状态，适逢此时又对控制系统进行检修，检修期间少不了开关各个设备的供电电源，根据电子设备的电应力对可靠性的影响研究，对电应力持续工作及通／断两种工作模式下的可靠性分析模型进行比较发现，电源通／断模式下产品的性能劣化明显高于持续工作模式，也就加速了配电器内部薄弱器件的劣化，认为这是配电器在检修后误差增大的原因。
三、风险评估
高炉鼓风机的操作中，操作人员最关注的是运行工况，而运行工况图是以喉部差压为横坐标以排气压力为纵坐标的[2]，如图2所示。图中的红色线为压缩机的喘振线，这是一定不能突破的“红线”，在它的下方有一条蓝线，称为防喘线，也就是在运行时的控制线，压缩机运行时都会有一个排气压力和喉部差压，二者构成了压缩机运行的工况点（见图2的红色圆点），平常运行时，直观地看这个圆点必须在上述红线的下方，控制在蓝线以下。由此可看到，排气压力和喉部差压一样，是一个非常重要的参数，上述判断排气压力有明显的偏高，这首先会对生产操作产生不良影响，容易误导操作人员，本来还在正常工况，却被认为是接近了防喘线产生无畏的放风影响高炉生产；另一方面看，配电器目前已经出现劣化趋势，器件性能有可能进一步恶化，而且是否会进一步恶化？恶化的速度会怎样？一旦工况点误入“喘振区”将会造成高炉炉况失常，因此，必须对这个问题进行处理，为避免可能的风险造成经济损失宜从速处理。
图2 轴流压缩机的运行工况
风险大小的评估是以风险指数（RPN）来衡量的，它是定性描述故障风险严重性（S）、可能性（P）和可检测性（D）三方面的综合风险指标[3]。
为尽快处理存在的问题，这里提出三种维修方案，第1种方案是高炉休风处理更换配电器，这种方案经济损失（直接的和间接的）大，且发生的可能性是必然的。第2种方案是用送风压力代替排气压力，待以后有检修机会再更换配电器，这种方案的风险，主要是在线下载程序时可能使CPU程序运行出错导致放风，但程序改动很小，在线下载导致放风的可能性很小。第3种方案是用固定数据代替排气压力，在线更换配电器后恢复用实测的排气压力，这种方案存在方案2同样的风险，但比方案2多了在线更换配电器和固定数据非真实反映风机状况的风险，最终可能的风险形式是放风，由于风险因素比方案2多些，因此可能性也比方案2大一些。三种方案的可检测性情况相当。根据以上对三种方案的分析，综合风险的严重性（S），风险的可能性（P），风险的可检测性（D），根据公式风险指数（RPN）=严重性（S）×可能性（P）×可检测性（D）。可以量化计算出三种方案的风险指数（RPN），具体情况见下表，因此选择方案2。
三种维修方案的风险评估表
四、故障处理
选择风险最小的方案2处理排气压力异常，用送风压力替代排气压力，这两个压力在PLC模拟量输入模块的不同输入口输入，变送器量程相同，因此只要将原排气压力地址的外设输入字PIW278改为送风压力地址的外设输入字PIW282，就能达到上述目的。
西门子公司的PLC技术资料中告诫用户在线下载程序可能产生程序运行出错，因为这种在线修改程序的方式可能会出现块与块之间的时间冲突或不一致性，而且可能造成设备损坏或人身伤害。然而根据经验，如果程序改动很小，加之PLC的CPU运行速度足够快，在线下载不会出现程序运行的混乱。一旦果真在程序下载时出现放风这种小概率事件，还是考虑进一步地减小这种风险的损失，因此处理问题的时机就选择在高炉出完一炉铁之后，这样即使出现上述小概率事件对高炉的影响也不大。
达成以上共识后，与高炉值班人员联络，出完铁后开始修改操作，首先将在线运行的相关程序块转存到项目文件的同一程序块中，以保证程序块与CPU运行程序块的一致性，找到原排气压力地址的外设输入字，将其由PIW278 改为PIW282，使用在线下载，将改动后的程序块下载到PLC的CPU中，完成了送风压力对排气压力的替换。
下载完成后，将人机界面的画面切换到参数记录中，仔细查看风机的各个参数，看是否有异常，确认各参数无异常。
五、结语
综上，通过采用以上的处理方法，最终成功完成了对轴流压缩机排气压力故障的处理，在此处理过程中未对高炉产生任何影响，并及时更换了排气压力的配电器，彻底处理了排气压力异常问题。鼓风机是高炉炼铁最关键的设备，一旦出现排气压力异常等故障就会影响到设备的运行，带来较大的经济损失。因此，有必要引入风险评估机制，以更好、更快地处理高炉鼓风机出现的各种问题，保证设备的安全稳定运行
参考文献：
[1] 丁国建.空气压缩机排气温度高常见故障分析及处理[J].化肥工业，2012，39（1）：66-68.
[2] 田路江，赵以琛，周旭.BOG压缩机一级排气压力升高的故障分析和处理[J].石化技术，2017，24（10）：253-253.
[3] 曾建军.螺杆压缩机排气压力异常原因分析及排除[J].压缩机技术，2015（1）：62-64.
论文作者:谢福成,蒙顺建
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
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