隔膜压缩机在HCNG站的应用

一、概述 河津 HCNG 示范站是山西国新能源集团与清华大学、中 国可再生能源学 会 合 作 开 发 的 全 国 第 一 个 全 省 域 、全 方 位、 系统性的氢能源（ HCNG） 示范项目。该项目通过大胆探索、 先行先试、率 先 突 破，破 解 长 期 制 约 山 西 省 发 展 的 瓶 颈，在 “碧水蓝天”工程的建设和打造具有该省特色的自有气源工 作上实现质的飞跃。 该项目是将天然气与氢气混合使用，以实现节能减排的 目的。天然气气源来自于紧邻的河津天然气分输站，氢气气 源来自于太工天成。河津分输站天然气主干管来的压力约 2． 0 ～ 2． 5MPa 的原料天然气进站后，与站内经初次压缩过的 太工天成输送的氢气各分两路分别进入两个混气撬： 一路按 氢气： 天然气 = 1： 9 混合后按 2． 0 ～ 2． 5MPa 输送至下游工业 用户供气，HNG 供气规模为 15 × 104 m3 / d； 另一路按氢气： 天 然气 = 2： 8 进入混气橇混合，然后进入缓冲罐，再进入隔膜压 缩机压缩，经压缩后 的 混 合 气 压 力 为 20 ～ 25MPa，进 入 高、 中、低压三组储气 罐 储 存，最 后 经 加 气 机 或 加 气 柱 向 汽 车 或 槽车加气，HCNG 供气规模为 5 × 104 m3 / d。 隔膜压缩机作为该站的核心设备，它能否正常运转对该 站能否安全生产运行起着至关重要的作用。HCNG 站使用的 混气压缩机为北京京城环保公司生产的 GD4 － 600 /25 － 250 型隔 膜 压 缩 机，共 有 6 台。其 压 缩 介 质 为 20% H2 + 80% CH4 ，容积流量为 600 Nm3 / h，进气压力 2． 5MPa，最终排气压 力 25． 0MPa，曲轴转速为 400 r / min，活塞行程为 180 mm，膜 片直径为一级 Ф652 mm，二级 Ф510 mm，轴功率小于 69 kW。 隔膜压缩机属往 复 压 缩 机 的 一 种，但 又 有 其 特 殊 结 构，故 又 属特种压缩机。其最大优点是被压缩气体不受油等介质的 污染，能保持洁净，故得到广泛应用。该机易损件多，故障率 较高，笔者对其在 运 转 中 出 现 的 问 题 进 行 了 归 纳 和 总 结 ，供 同行参考。 二、隔膜压缩机结构概述工作原理 （ 一） 结构概述。隔膜压缩机主要由曲轴箱、中体、曲轴 连杆机构（ 曲柄滑块机构） 、缸体、供油系统、底座及冷却器等 部件组成。进、排气 阀 分 布 在 缸 盖 上，排 气 阀 居 于 缸 盖 的 中 心。曲轴箱上装有 补 偿 油 泵，由 曲 轴 轴 端 的 偏 心 套 驱 动，给 油缸补油。安装于机器上的仪表能显示气压及油压。自动 保护装置能提高机器运转的可靠性及安全性。
由 于 膜 片 将 气 腔 与 油 腔 完 全 隔 开，膜 片 本 身 作 往 复 振 动，起了活塞的作用，却没有相对磨擦，因而不需要往气缸中 加任何润滑物质，压 缩 介 质 只 与 金 属 膜 片 接 触，能 完 全 不 被 油迹沾污，保证了 压 缩 介 质 的 纯 洁，气 缸 由 缸 盖 曲 面 和 膜 片 所组成，是一个封闭的空腔，具有非常优良的密封性能。
三、故障分析及判断处理 （ 一） 膜片破裂。系指不正常破裂，即使用时间未达到寿 命极限而产生的破裂，或连续破裂。一是原因分析： 安装膜 片时带入的金属屑或沙粒等硬物未处理干净，以致在高压下 将其垫裂或击穿； 油缸套松动，增大了活塞的排油面积，即增 大了排油压力，超 过 了 膜 片 的 强 度 极 限。 这 种 情 况 不 多，但 不易发现，且难以查出原因。二是判断方法： 该机设有膜片
往复运动的活塞驱动油液，促使膜片来回振动，在吸、排 气阀的配合下，膜 片 每 振 动 一 个 周 期，气 缸 中 就 完 成 一 次 包 括膨胀、吸气、压缩和排气的循环过程，从而提高了输送气体 的压力。
油缸中的油液有一部分会通过活塞环与缸壁及环槽的 间隙泄漏到曲轴箱中，为了使膜片在压缩行程终了时能紧贴 缸盖曲面排净压 缩 介 质，压 缩 机 装 有 补 偿 油 泵，补 偿 油 泵 在 吸气行程中将油 注 入 油 缸，油 量 略 多 于 泄 漏 量，多 余 的 油 量 在行程终了时通过控制油压的调压阀（ 或随动阀） 流回到曲 轴箱中。
（ 二） 工作原理。压缩机的动力由电动机通过三角皮带 传递至主机曲轴，曲轴带动连杆，连杆通过十字头（ 导套） 与 活塞杆（ 柱塞杆） 浮动连接，至此将旋转运动转换为往复运 动，通过活塞驱动缸体内的液压油，将力均匀地传递至膜片， 使膜片作往复运动，从而达到提高介质压力的目的。
以活塞处于上 止 点 的 位 置 为 起 始 点，当 曲 轴 转 动 时，活 塞开始向下运动，膜片在残余气体的压力下和真空抽动下随 油向下运动，这时 气 腔 容 积 逐 渐 增 大，先 是 残 留 在 余 隙 中 的 气体膨胀，继而从 缸 盖 的 吸 气 阀 吸 入 气 体，当 活 塞 行 至 下 止 点时，膜片到达下极限位置，则气腔中吸气结束，这个过程称 为吸气过程。接着，活塞开始向上运动，驱动油液，通过缸体 上的小槽均匀地 作 用 在 膜 片 上，推 动 膜 片 向 上 变 形，这 时 气 腔中开始压缩气 体，当 压 力 高 于 排 气 管 道 中 的 气 体 压 力 时， 排气阀自动开启，气体被压出，油压继续上升，迫使膜片紧贴 缸盖曲面，排净气体，则排气结束，这个过程称为排气过程。
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 6 期
隔膜压缩机在 Байду номын сангаасCNG 站的应用
□徐文强
【摘 要】以河津 HCNG 站用隔膜压缩机为例，介绍隔膜压缩机的结构和工作原理，对隔膜压缩机在运行中经常出现的故障进 行分析判断，指出应采取的措施及检修操作时的注意事项。
【关键词】隔膜压缩机； 结构； 原理； 故障判断 【作者简介】徐文强（ 1983 ～ ） ，中国石油管道北京输油气分公司山西技术服务中心； 研究方向： 天然气管道管理