石安平 熊光偉

(江西賽維LDK光伏硅科技有限公司，江西新余 338000)

1 前沿

目前在工業(yè)制冷中最常用壓縮機的類型有螺桿式、活塞式兩類。與活塞式制冷機相比，具有完善的自動控制和連鎖保護系統(tǒng)，方便設(shè)備的維護與管理同時能最大限度降低能耗。螺桿制冷機是多晶硅行業(yè)中尾氣回收及精餾工序的大型關(guān)鍵且通用的制冷設(shè)備之一，具有噪聲低、易損件少、運行平穩(wěn)可靠、操作簡單、低溫工況具有較高效率等［1～2］優(yōu)點。江西某多晶硅公司單體15000T/a多晶硅生產(chǎn)線采用大型York(約克)RWBⅡ1080型二級雙螺桿制冷壓縮機達十二臺(主要性能參數(shù)見表1)，其運行狀況不僅影響到氯硅烷的收率和純度，而且最終會影響到多晶硅生產(chǎn)裝置的能耗、多晶硅產(chǎn)量及品質(zhì)。因此快速判斷故障原因并及時處理，確保制冷壓縮機的平穩(wěn)運行、持續(xù)冷量供應(yīng)對公司節(jié)能降耗、持續(xù)降成本至關(guān)重要。本文對該型制冷壓縮機常見故障原因進行了統(tǒng)計分析并結(jié)合實踐給出相應(yīng)解決辦法。

表1 York RWBⅡ1080型雙螺桿壓縮機主要性能參數(shù)

2 RWBⅡ1080雙螺桿制冷機組介紹

2.1 結(jié)構(gòu)特點

RWBⅡ1080二級雙螺桿制冷機是采用最新科技設(shè)計的最可靠和最節(jié)能的機組，核心部件轉(zhuǎn)子為鍛鋼鍛造而成并采用最先進的非對稱線性，通過滑閥運動可實現(xiàn)能量從10%—100%的無級調(diào)節(jié)。該機組還具有可變內(nèi)容積比專利技術(shù)(Vi=2.2－5.0)，使機組內(nèi)部壓縮比隨時與系統(tǒng)壓縮比相匹配，避免過壓縮或欠壓縮而造成的能量損失。采用高效、耐磨滾柱軸承，設(shè)計壽命多達100000小時以上。

2.2 制冷系統(tǒng)原理

RWBⅡ1080二級雙螺桿制冷機制冷系統(tǒng)主要包含雙螺桿壓縮機、水冷式冷凝器、膨脹閥、高低經(jīng)濟器、遠程蒸發(fā)器五部分。制冷原理為液體制冷劑R－507在遠程蒸發(fā)器中吸收被冷卻介質(zhì)氯硅烷的熱量后，氣化成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑，氣態(tài)制冷劑依次經(jīng)由低壓端、高壓端兩臺雙螺桿壓縮機相互齒合的陰陽螺桿轉(zhuǎn)子，按一定傳動比并以相反方向轉(zhuǎn)動，通過縮小工作容積將該低壓氣體壓縮成高溫高壓氣態(tài)制冷劑后排入水冷式冷凝器，冷凝成常溫高壓液體后經(jīng)膨脹閥、高低經(jīng)濟器節(jié)流為低溫低壓液體R－507，隨后進入遠程蒸發(fā)器進行吸熱氣化，從而達到循環(huán)制冷的目的。

3 RWBⅡ1080常見故障原因分析及診斷

RWBⅡ1080二級雙螺桿制冷壓縮機自2010投入運行以來，常見的故障包括PLC重啟、不加載、排氣溫度下降過快、排氣溫度高、排氣壓力高、吸氣壓力高等，如故障出現(xiàn)后不能立即采取行之有效的應(yīng)對措施將會對終端產(chǎn)品多晶硅的產(chǎn)量、品質(zhì)及成本造成較大負面影響。因此，深入分析常見停機故障產(chǎn)生的原因及征兆，及時做出正確處置才能保障該型壓縮機的可靠、高效運行。表2為RWBⅡ1080型常見故障原因數(shù)量統(tǒng)計，從數(shù)據(jù)中可清晰地看出，PLC重啟、不加載、排氣溫度下降過快是故障產(chǎn)生的主要原因，而排氣溫度高、排氣壓力高、吸氣壓力高為次要原因。

表2 York RWBⅡ1080型雙螺桿壓縮機常見故障原因數(shù)量統(tǒng)計

3.1 PLC重啟的原因分析及診斷

PLC(也稱可編程邏輯控制器)以其運行可靠、使用維護方便、抗干擾能力強等優(yōu)點已逐步替代傳統(tǒng)繼電器控制成為工業(yè)制冷中的主流控制系統(tǒng)。RWBⅡ1080雙螺桿制冷壓縮機PLC重啟的主要原因包括電源系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)故障兩類。電源系統(tǒng)在長期、連續(xù)的運行過程當(dāng)中，容易受到電流和電壓的沖擊，電源不能及時散熱也會引起故障，同時，PLC在輸出的24V電源一般接有感性負載且在大功率電動機或接觸器啟動時容易產(chǎn)生較大波動，容易引起電流過載，導(dǎo)致電源系統(tǒng)會進入自我保護模式進而重啟系統(tǒng);PLC的通訊系統(tǒng)(即I/O模塊)是衡量主機系統(tǒng)整體技術(shù)水平高低的關(guān)鍵之一，也是經(jīng)常導(dǎo)致PLC重啟的罪魁禍首，據(jù)統(tǒng)計將近8次以上PLC的重啟是因為I/O模塊接線端子插口松動、接觸點氧化導(dǎo)致的接觸不良所致。

經(jīng)與廠家技術(shù)人員對電源系統(tǒng)引起的PLC重啟故障進行多次會診，將原有PLC直接輸出24V電源更換為相同規(guī)格的24V開關(guān)電源;I/O模塊通訊問題的解決可將各子站的I/O信號由之前的多線傳輸改為單線傳輸，在明顯減少線纜和接線端子的同時，松動、接觸不良等情況得到明顯改善。兩項改善完成后，PLC重啟問題得到較好的解決。

3.2 不加載的原因及診斷

RWBⅡ1080雙螺桿制冷壓縮機出現(xiàn)不加載的主要原因有進口堵塞、液壓四通閥故障等，但常見故障原因是因在進口過濾網(wǎng)上形成的“冰晶”堵塞所致。進口堵塞時，滑閥開度增大，容量會增至90%—100%左右，進口壓力不斷上升，但壓縮機的運行電流卻沒有明顯上升，據(jù)此可判斷為假加載，嚴重影響制冷機的制冷效果。對于在進口過濾網(wǎng)上形成的“冰晶”的原因可能是因為機組在長時間運行后，制冷劑 R－507、潤滑油Frick#13本身含有的微量水分在過濾網(wǎng)上凝結(jié)，同時潤滑油在運行過程中出現(xiàn)乳化后形成的白色粘稠物附著，也是影響過濾器堵塞的原因之一。出現(xiàn)這種實為不加載且進口壓力上升的情況時應(yīng)及時切換制冷壓縮機，同時對系統(tǒng)中的制冷劑、潤滑油進行取樣，分析其水分及顆粒物情況，如若不合格應(yīng)果斷更換或過濾潤滑油中的顆粒物。

液壓四通閥故障引起的不加載，主要是因為機組內(nèi)的潤滑油中含有細小金屬碎屑或其它顆粒物堵塞以及液壓閥本身電磁失效或接線接觸不良所致。這時應(yīng)及時檢查液壓四通閥線圈是否燒毀、通向該閥的油壓閥門是否開啟，如果上述兩個原因可以排除，則需將其卸下并繼續(xù)手動模擬閥芯動作，可用直徑為3/16英寸的小鐵棍頂住閥芯使之有一段行程，若可以加/減載說明故障是由堵塞造成，反之則說明存在機械問題需要更換新的液壓四通閥，檢修或更換新的應(yīng)首先接電測試是否動作且指示燈指示正確時正常才能投入工作。

3.3 排氣溫度下降過快的原因及診斷

排氣溫度下降過快是引起停機的重要原因之一。在正常運行過程中系統(tǒng)會持續(xù)檢測排氣溫度的變化，如果單位時間下降超出一定值壓縮機會自我保護停機，PLC屏上則會顯示停機原因“排氣溫度下降過快”。出現(xiàn)此種停機故障的原因主要有排氣端溫度探頭接觸不良造成數(shù)值波動過大、經(jīng)濟器回氣閥門開度過大以及氣液分離器高報失效且液位過高導(dǎo)致部分液體進入壓縮機。因溫度探頭接觸問題導(dǎo)致的排氣溫度下降過快停機可聯(lián)系儀表工檢修或更換，在機組運行過程中因經(jīng)濟器開度過大、氣液分離器高報失效導(dǎo)致的排氣溫度下降過快停機則需加強日常巡檢，如發(fā)現(xiàn)壓縮機組出現(xiàn)“結(jié)霜”或氣液分離器液位視鏡應(yīng)及時檢查或調(diào)整經(jīng)濟器閥門開度、氣液分離器與低壓儲罐間下液閥及平衡線閥門、低壓儲罐與高壓儲罐平衡線閥門、低壓儲罐底部屏蔽泵工作情況。

3.4 排氣溫度高的原因及診斷

在制冷壓縮機正常運行過程中，過高的排氣溫度嚴重時會使陰陽轉(zhuǎn)子抱死甚至損毀［3］。排氣溫度的大小受循環(huán)冷卻水溫影響較大，而冷卻水溫度跟外界環(huán)境溫度又密切相關(guān)。當(dāng)夏季時排氣溫度維持在80℃左右，冬季時則維持在60℃左右，如果出現(xiàn)排氣溫度超過此溫度值時應(yīng)首先檢查循環(huán)冷卻水的溫度是否過高，否則應(yīng)增開風(fēng)冷機給循環(huán)冷卻水降溫。造成排氣溫度高的其它原因主要有吸入口進氣量少，滑閥和滑塊開度太小導(dǎo)致制冷劑壓縮后大部分又回到吸氣口，多次壓縮后排到排氣口排氣溫度就會高;進氣壓力高，吸入的制冷劑經(jīng)壓縮機過壓縮后產(chǎn)生熱量使得排氣溫度升高;進氣溫度高，遠程深冷器液位控制過低使得進氣過熱;經(jīng)濟器回壓縮機閥門未開或開度過小;管殼式水冷器管束結(jié)垢或堵塞造成的換熱效果差;潤滑油溫控閥的熱力元件設(shè)定溫度為54.4℃，故障時大部分潤滑油未經(jīng)過油冷卻器直接走旁路，潤滑油得不到有效散熱便直接進入壓縮機造成排氣溫度迅速升高。

出現(xiàn)上述幾種非環(huán)境因素導(dǎo)致的排氣溫度過高情況，針對不同故障類型應(yīng)及時增大外部生產(chǎn)負荷、檢查經(jīng)濟器回壓縮機閥門的開度情況、或用高壓水槍沖洗水冷器管束(每年定期清洗一次)，或檢修潤滑油溫控閥閥芯(可通過紅外測溫槍進行檢測)。

3.5 排氣壓力高的原因及診斷

一般來講，雙螺桿制冷壓縮排氣壓力的大小不僅跟機體結(jié)構(gòu)、陰陽轉(zhuǎn)子長徑比、采用的制冷劑R－507在一定冷凝溫度下的飽和蒸汽壓相關(guān)外(見表3)，而且在運行的過程當(dāng)中受諸如冷凝器換熱效果差、冷凝器中循環(huán)冷卻水水流量大小、排氣壓力傳感器故障等因素影響較大。RWBⅡ1080型雙螺桿制冷壓縮機的冷凝器采用水冷式，因而循環(huán)冷卻水進水溫度的高低直接影響排氣壓力的大小，夏季平均為17－18Bara，冬季平均為14－15Bara。冷凝器換熱效果差導(dǎo)致壓縮機排氣壓力高是因為在長時間運行后冷卻水端管束內(nèi)壁極易結(jié)垢，高溫高壓的氣態(tài)制冷劑的熱量不能及時帶走且不易被冷凝成液態(tài)，熱量會在冷凝器內(nèi)富集勢必引起排氣壓力的升高。冷凝器中循環(huán)冷卻水流量的大小受到管網(wǎng)壓力、管束結(jié)垢堵塞及進回水閥門開度大小的影響。雙螺桿制冷壓縮機在運行過程中震動較大，用以監(jiān)控排氣端壓力的傳感器會出現(xiàn)松動、接觸不良的情況甚至損壞的情況，排氣壓力會出現(xiàn)寬幅振蕩，一旦觸及到停機保護值1.9Mpa時將會引起跳車。

表3 制冷劑R－507冷凝溫度與飽和蒸汽壓對應(yīng)表

3.6 吸氣壓力高的原因及診斷

RWBⅡ1080雙螺桿制冷壓縮機在運行過程中出現(xiàn)的吸氣壓力高的原因主要有生產(chǎn)負荷突然增大、進口過濾網(wǎng)堵塞、不加載等，此時應(yīng)調(diào)整生產(chǎn)負荷、停機清理進口過濾網(wǎng)、排除油壓低及液壓四通閥故障造成的不加載情況。

4 結(jié)束語

通過對RWBⅡ1080型雙螺桿制冷壓縮機常見故障原因進行分析，結(jié)合生產(chǎn)實踐中的摸索與經(jīng)驗總結(jié)，能針對不同故障原因采取行之有效的應(yīng)對措施，同時建立并完善了該型雙螺桿制冷壓縮機的預(yù)防性維護保養(yǎng)管理機制，相比運行初期，較大幅度提升了運行質(zhì)量、減少了故障發(fā)生、延長了壽命。目前機組運行平穩(wěn)，故障發(fā)生率較低。

［1］刑子文.螺桿壓縮機研究進展及應(yīng)用趨勢［J］.通用機械，2006，(1):30 －33.

［2］錢家祥.空氣動力用螺桿壓縮機行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.通用機械，2012，(3):19 －23.

［3］曾建軍.螺桿壓縮機排氣溫度過高原因分析及處理［J］.壓縮機技術(shù)，2012，(4):53 －55.