李名強(qiáng)，湯 君

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤南作業(yè)公司 天津300456)

1934年第一臺(tái)雙螺桿式氣體壓縮機(jī)誕生，它以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性能良好、操作方便、可靠性高等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用在冶金、建筑、鐵路機(jī)車、機(jī)械制造、石油化工等各個(gè)領(lǐng)域。空氣壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)常用的動(dòng)力設(shè)備。海洋采油平臺(tái)的空壓機(jī)為工藝生產(chǎn)控制和安全儀表系統(tǒng)提供儀表氣。如果儀表氣壓力低于安全值，則影響儀表設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)|發(fā)平臺(tái)關(guān)斷，而每次關(guān)斷都會(huì)造成大功率電氣設(shè)備損耗，沖擊油田群電網(wǎng)，停產(chǎn)還會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，所以空壓機(jī)的穩(wěn)定性對(duì)海洋采油平臺(tái)至關(guān)重要。噴油螺桿壓縮機(jī)常見的故障中，螺桿式空壓機(jī)運(yùn)行高溫是最常見的故障之一，尤其夏季最為嚴(yán)重，成為困擾眾多空壓機(jī)用戶的問題之一。

筆者針對(duì)海上采油某平臺(tái)的美國 Quincy QGB15-45KW型螺桿式噴油壓縮機(jī)，介紹其壓縮原理，從系統(tǒng)的工藝流程和冷卻系統(tǒng)出發(fā)，分析運(yùn)行出現(xiàn)高溫的原因，提出預(yù)防性維護(hù)方法，增強(qiáng)空壓機(jī)穩(wěn)定性，防止因空壓機(jī)高溫停機(jī)對(duì)油田生產(chǎn)帶來損失，從而提高油田運(yùn)行效益。

1 螺桿壓縮機(jī)概述

1.1 螺桿式壓縮機(jī)壓縮原理

噴油螺桿壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)有一對(duì)螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子，它們?cè)跉飧桌锘ハ鄧Ш?，互相反向旋轉(zhuǎn)。陽轉(zhuǎn)子通常由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，陰轉(zhuǎn)子由同步齒輪驅(qū)動(dòng)或者由陽轉(zhuǎn)子通過噴油形成的油膜進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子凹槽和機(jī)殼壁形成封閉腔室。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)封閉腔室容積不斷減小，油氣混合物被壓縮，流向排氣口。當(dāng)封閉腔室經(jīng)過排氣口時(shí)，油氣混合物從壓縮機(jī)排出，完成一個(gè)工作循環(huán)：吸氣、壓縮和排氣。隨著陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的3個(gè)過程循環(huán)(圖1)。

圖1 陰陽轉(zhuǎn)子循環(huán)過程Fig.1 Process of rotor cycle

1.2 螺桿式壓縮機(jī)的工藝流程和冷卻系統(tǒng)

如圖2、圖3所示，空壓機(jī)通過空氣濾器吸入周圍的空氣，使之進(jìn)入壓縮主機(jī)內(nèi)。陰陽轉(zhuǎn)子通過運(yùn)動(dòng)來改變封閉腔室的容積，同時(shí)腔內(nèi)不斷噴油，潤(rùn)滑和冷卻螺桿，由此產(chǎn)生了受熱后的壓縮油氣混合物。升溫升壓后的油氣混合物通過排氣單向閥進(jìn)入到油氣分離器罐，主機(jī)腔內(nèi)的壓縮空氣在油氣分離器內(nèi)與壓縮油進(jìn)行分離，一旦油氣分離器內(nèi)的空氣達(dá)到最低壓力時(shí)，最小壓力閥開啟，高溫的壓縮空氣進(jìn)入后冷卻器。壓縮空氣的溫度在后冷卻器內(nèi)被冷卻，得到所需要的壓縮空氣。

壓縮后的潤(rùn)滑油在油氣分離器罐內(nèi)與壓縮空氣分離，高溫高壓潤(rùn)滑油經(jīng)過溫控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，溫控閥根據(jù)滑油溫度，使其中一部分滑油直接回流到主機(jī)封閉腔室，另一部分進(jìn)入冷卻器，經(jīng)過風(fēng)扇冷卻后再回流到主機(jī)封閉腔室。

圖2 空壓機(jī)流程圖Fig.2 Flow of air compressor

圖3 空壓機(jī)工藝簡(jiǎn)圖Fig.3 Process of air compressor

空冷滑油冷卻器以及后冷卻器是高級(jí)鋁制品，QGB20-30馬力型號(hào)的油冷卻器和后冷卻器是一體式的。風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)葉輪帶動(dòng)空氣通過冷卻片，對(duì)機(jī)殼里的壓縮油和空氣進(jìn)行冷卻；要求壓縮機(jī)出口溫度低于115℃，高溫高壓空氣經(jīng)過冷卻器后，要求溫度降低到45℃以下才可外輸?shù)絻x表氣公用氣儲(chǔ)罐。

2 螺桿壓縮高溫原因及預(yù)防措施

壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量通過壓縮機(jī)油傳遞到冷卻換熱器，需要風(fēng)機(jī)產(chǎn)生足夠的風(fēng)量使熱量散失到空氣中。如果冷卻換熱器沒有足夠的冷卻空氣循環(huán)，將致使壓縮機(jī)油溫度無法降低，進(jìn)而引起壓縮機(jī)排氣高溫。最明顯的現(xiàn)象是外輸氣高溫報(bào)警，但壓縮機(jī)出口溫度正常。

2.1 冷卻換熱器循環(huán)風(fēng)機(jī)吹風(fēng)量降低

散熱風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，因沙粒、塵土或鐵屑等雜質(zhì)混入電機(jī)軸承，加大軸承運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，不但會(huì)造成軸承磨損，而且還會(huì)使電機(jī)運(yùn)行速度降低，降低風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量。另外風(fēng)機(jī)電機(jī)繞組損傷也會(huì)造成風(fēng)機(jī)做功降低。

風(fēng)機(jī)軸承設(shè)置必要的防護(hù)罩，及時(shí)清理護(hù)罩內(nèi)外部雜物，特別是在海上大風(fēng)天氣過后。定期更換軸承潤(rùn)滑油，并確保潤(rùn)滑油合格，防止電機(jī)卡澀、過載造成繞組損傷。

2.2 冷卻換熱器循環(huán)風(fēng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)

完成冷卻風(fēng)機(jī)檢修或者更換電機(jī)控制器電氣線路及元件檢修等工作后，進(jìn)行安裝時(shí)容易造成循環(huán)風(fēng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

檢修或更換電機(jī)及控制線路器件時(shí)，在安裝后點(diǎn)動(dòng)其控制器交流接觸器，測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)方向，如果反向運(yùn)行，斷電隔離，在電機(jī)接線端子調(diào)線換向，換向后還需再次點(diǎn)動(dòng)測(cè)試，確認(rèn)運(yùn)行方向正確。

2.3 散熱器外部堵塞

海上采油平臺(tái)環(huán)境惡劣，空氣濕度大，大風(fēng)天氣頻繁，且大風(fēng)含泥沙，渤海油田春夏交替季節(jié)大風(fēng)攜帶大量柳絮，特別容易造成散熱器堵塞。在空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)口原有濾網(wǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)上油油田惡劣環(huán)境，再加裝可拆卸的致密細(xì)濾網(wǎng)，阻止柳絮進(jìn)入空壓機(jī)隔離罩內(nèi)部，并定期清理細(xì)濾網(wǎng)和散熱器。

2.4 隔聲罩拆除或密封不嚴(yán)

空壓機(jī)隔聲罩形成封閉空間，使空壓機(jī)各元器件與外界隔離，起到保護(hù)原件、隔離壓縮機(jī)噪音的作用。在隔聲罩側(cè)面設(shè)置進(jìn)風(fēng)扇葉窗口，與頂部的散熱風(fēng)扇結(jié)合，使空氣在隔聲罩內(nèi)部形成循環(huán)氣流，環(huán)境的冷風(fēng)不斷冷卻壓縮機(jī)、油氣混合管線及其他部件，并將熱量不斷散發(fā)到周圍空氣中。拆除隔聲罩則會(huì)改變冷卻空氣的循環(huán)路徑，降低冷卻效果。

在空壓機(jī)檢修及試機(jī)過程中，需要拆卸隔聲罩，在空壓機(jī)正常運(yùn)作后，容易忽略恢復(fù)其隔聲罩，尤其是對(duì)隔聲罩密封條的檢查。在日常維護(hù)和檢修過程中應(yīng)養(yǎng)成按部就班的工作習(xí)慣，工作完畢后必須正確安裝隔聲罩。

2.5 環(huán)境溫度過高

標(biāo)準(zhǔn)的QGB驅(qū)動(dòng)電機(jī)是全封閉風(fēng)葉冷卻的電機(jī)，其工作的最高環(huán)境溫度是40℃。由于采油平臺(tái)建造成本高，要求空間利用率高，這樣容易形成空壓機(jī)所在空間狹小，通風(fēng)不良，甚至周圍安裝高溫散熱量大的設(shè)備，造成環(huán)境溫度過高。在日常工作后，特別注意空壓機(jī)所在區(qū)域物品和臨時(shí)設(shè)備的擺放，嚴(yán)禁遮擋空壓機(jī)通風(fēng)空間，更不允許在該區(qū)域使用散熱量大的設(shè)備。

2.6 空氣濾器堵塞

空氣濾器有雜質(zhì)、堵塞時(shí)，進(jìn)氣流過濾清器阻力變大，壓縮機(jī)入口負(fù)壓增高，造成壓縮機(jī)機(jī)頭產(chǎn)熱量增加，嚴(yán)重時(shí)造成壓縮機(jī)高溫。建議每月更換空氣濾器，特殊情況下需每天或每周清潔。

2.7 壓縮機(jī)油過濾器堵塞

壓縮機(jī)油有潤(rùn)滑軸承和轉(zhuǎn)子的作用，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，空氣被壓縮時(shí)帶走熱量，從而降低壓縮空氣的排放溫度，并對(duì)轉(zhuǎn)子縫隙起密封作用。在日常運(yùn)行中，每年更換水/油分離器濾芯，給電機(jī)上潤(rùn)滑油，每6個(gè)月或1000小時(shí)更換油濾器并取樣化驗(yàn)，化驗(yàn)結(jié)果不合格應(yīng)更換壓縮機(jī)油。

2.8 儲(chǔ)罐中壓縮機(jī)油量不合理

壓縮機(jī)油過量，其工作效率下降，負(fù)荷增大。油量過少，會(huì)造成壓縮機(jī)過熱，增大磨損。在操作中，油面高度通過目視玻璃觀測(cè)儀或刻度儀來判斷。油面高度應(yīng)在刻度儀的“運(yùn)行”區(qū)域或完全充滿目視觀測(cè)儀，在保證冷卻和潤(rùn)滑的前提下盡量少加。平時(shí)巡檢注意觀察油面液位和油路接頭管線，保證無泄漏，油量合理。

2.9 壓縮機(jī)油不合格

由于潤(rùn)滑油在壓縮腔內(nèi)與空氣直接接觸混合，反復(fù)循環(huán)使用，要求潤(rùn)滑油應(yīng)有較高的燃點(diǎn)和較好的抗氧化及抗泡沫性。添加劣質(zhì)壓縮機(jī)油，會(huì)引起潤(rùn)滑和熱傳遞性能降低，造成機(jī)頭磨損高溫，甚至壓縮機(jī)油變質(zhì)。美國Quincy公司針對(duì)QGB型空壓機(jī)推薦使用QuinSin PG型油。QuinSin PG是ISO46粘性的壓縮機(jī)油，具有優(yōu)良的抗氧化性、粘性、控水分能力和較高的閃、燃點(diǎn)。每臺(tái)壓縮機(jī)在出廠前，均添加一種符合規(guī)格要求的適量壓縮機(jī)油。QuinSin PG型油的使用壽命為8000h或1年。日常維護(hù)中，按規(guī)定更換同規(guī)格壓縮機(jī)油，此外對(duì)于取樣化驗(yàn)變質(zhì)的壓縮機(jī)油，應(yīng)及時(shí)全部更換，并查明變質(zhì)原因。

2.10 熱敏控制閥故障

壓縮機(jī)油從分離器進(jìn)入壓縮機(jī)腔室之前，經(jīng)過一個(gè)熱敏控制閥，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)油流過風(fēng)冷散熱器的流量，保障壓縮機(jī)油在合適溫度下回到壓縮機(jī)頭。當(dāng)循環(huán)油溫度達(dá)到80～88℃，熱敏控制閥會(huì)逐漸打開，循環(huán)油經(jīng)過風(fēng)冷冷卻器。測(cè)量通過風(fēng)冷器前油管溫度可判斷溫控閥工作狀態(tài)，如果熱敏控制閥異常，應(yīng)拆卸檢修或者更換新備件。

2.11 檢測(cè)儀表故障

空壓機(jī)在運(yùn)行過程中，檢測(cè)儀表出故障會(huì)產(chǎn)生空壓機(jī)高溫報(bào)警。在日常巡檢過程中，觀察儀表檢測(cè)值，并與以往巡檢記錄值對(duì)比，發(fā)現(xiàn)溫度變化，結(jié)合其他運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，立即排查原因并調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)。在日常維護(hù)過程中，定期校驗(yàn)檢測(cè)儀表，緊固儀表接線端子，清潔儀表，及時(shí)更換老化的接頭熱塑管，并保持儀表內(nèi)部干燥，防止潮濕引起電路板故障。

2.12 機(jī)頭故障

壓縮機(jī)頭磨損造成陰陽轉(zhuǎn)子之間空隙增大，進(jìn)而引起機(jī)頭發(fā)熱。機(jī)頭磨損的主要原因有：①空壓機(jī)工作環(huán)境含有灰塵和沙粒，對(duì)于惡劣運(yùn)行環(huán)境需增加防護(hù)，比如使用專用機(jī)房、附加致密濾網(wǎng)等。②添加不合格的壓縮機(jī)油或者壓縮機(jī)油已變質(zhì)。按照廠家指導(dǎo)添加合格壓縮機(jī)油，定期取樣化驗(yàn)和更換壓縮機(jī)油和機(jī)濾。③設(shè)備缺乏保養(yǎng)，一些零配件長(zhǎng)時(shí)間異常工作，導(dǎo)致主機(jī)損壞?？諌簷C(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，一定要參考設(shè)備操作手冊(cè)，依據(jù)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)手冊(cè)按時(shí)按量保質(zhì)進(jìn)行保養(yǎng)工作。

3 結(jié) 論

風(fēng)冷螺桿式空壓機(jī)高溫故障，可能由一種原因或多種原因?qū)е?，通過分析壓縮機(jī)工作原理、工藝流程和冷卻原理，總結(jié)出壓縮機(jī)高溫故障的原因，針對(duì)性地提高日常巡檢和預(yù)防性維護(hù)質(zhì)量，不但可提高設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和使用壽命，而且防止空壓機(jī)高溫停機(jī)引發(fā)平臺(tái)關(guān)停，避免油田大功率設(shè)備急停損耗和油田關(guān)停引發(fā)的產(chǎn)量下降，從而增加油田運(yùn)行效益。