王加磊

（呼倫貝爾金新化工有限公司，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021506）

1 設(shè)備概況

呼倫貝爾金新化工有限公司年產(chǎn)50萬(wàn)t合成 氨/80萬(wàn)t尿素項(xiàng)目配套氨罐螺桿冰機(jī)機(jī)組，螺桿冰機(jī)機(jī)組由YORK公司設(shè)計(jì)，制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí)R717制冷劑氣體經(jīng)RWF222壓縮機(jī)壓縮后由冷凝器冷凝成高壓飽和制冷劑液體，通過(guò)重力作用流入儲(chǔ)液器。由儲(chǔ)液器流出的制冷劑液體進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器，其間蒸發(fā)的制冷劑氣體回到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)器補(bǔ)氣口；液態(tài)制冷劑儲(chǔ)存在經(jīng)濟(jì)器中并通過(guò)供液管路節(jié)流后進(jìn)入客戶的氨罐，降低氨罐壓力，確保系統(tǒng)安全。

YORK公司的螺桿壓縮機(jī)在運(yùn)行條件下無(wú)須潤(rùn)滑油泵運(yùn)行，從油分離器被送到壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油，達(dá)到系統(tǒng)排出壓力。油在壓縮機(jī)內(nèi)與所有的部件接觸，并送回到壓縮機(jī)體上比壓縮機(jī)出口壓力低的部位。壓縮機(jī)的正常操作，使得壓縮機(jī)基本上以它自身的運(yùn)行起到油泵的作用。所有進(jìn)入壓縮機(jī)的油被壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子向外推出至壓縮機(jī)出口處，再返回油分離器。所有的噴油及潤(rùn)滑是均靠壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)，不但節(jié)省功耗同時(shí)更是減少了潛在的故障點(diǎn)，避免了因油泵故障導(dǎo)致的壓縮機(jī)缺油而抱軸報(bào)廢的現(xiàn)象。壓縮機(jī)停下來(lái)時(shí)油分離器的壓力會(huì)慢慢降至系統(tǒng)吸入口壓力。便于下一次壓縮機(jī)電機(jī)的啟動(dòng)。水冷式油冷卻器為殼管式結(jié)構(gòu)，潤(rùn)滑油在殼側(cè)，其設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa。油冷卻器固定在壓縮機(jī)撬塊上，其后的三通油溫控制閥保證供油溫度范圍穩(wěn)定在43.3～54.4℃。并且所有的潤(rùn)滑油均通過(guò)一個(gè)15micro的油過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾后返回壓縮機(jī)進(jìn)行噴油潤(rùn)滑。

2 流程簡(jiǎn)述

常壓氨貯罐TK40101A/B中的氣氨［溫度-33.9℃，壓力3.8kPa（g），流量0.992t/h］進(jìn)入氣液分離器PV-103分離液氨后，進(jìn)入氨罐螺桿冰機(jī)壓縮機(jī)組一段入口加壓，然后進(jìn)入冷凝器HX-101的殼程，與管程中的循環(huán)水（循環(huán)水溫度由28℃升至35℃）進(jìn)行換熱后，氣氨冷凝為液氨，流入下部?jī)?chǔ)罐PV-101中，然后分兩股進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器HX-102中，第一股液氨由自調(diào)閥YV-101控制，進(jìn)入HX-102的殼程中蒸發(fā)為氣氨，溫度降至-12.4℃，氣氨經(jīng)氣液分離器PV-102分離夾帶的液氨后，進(jìn)入冷凍的壓縮機(jī)組二段入口；第二股液氨流經(jīng)HX-102的管程，溫度降至-7.4℃，經(jīng)手動(dòng)膨脹閥HCV-102節(jié)流降壓后［壓力降至0MPa（g），溫度降至-33.9℃］，回到TK40101A/B中。

3 現(xiàn)象

2018年9月10日21：00，氨罐螺桿冰機(jī)正常運(yùn)行期間油溫出現(xiàn)緩慢上漲的趨勢(shì)，且在此期間因氨罐壓力低壓縮機(jī)一直處于低負(fù)荷運(yùn)行，如圖1所示。在氨罐壓力沒(méi)有出現(xiàn)突然上漲的情況下，油溫由14：00時(shí)的53℃緩慢漲至21：00時(shí)75℃，達(dá)到油溫高聯(lián)鎖螺桿冰機(jī)跳車(chē)。后重新啟動(dòng)螺桿冰機(jī)油溫很快達(dá)到跳車(chē)值75℃，氨罐新冰機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。啟動(dòng)備用螺桿冰機(jī)，備用螺桿冰機(jī)啟動(dòng)后油溫正常。

圖1 氨罐螺桿冰機(jī)油溫高跳車(chē)趨勢(shì)圖

4 原因分析

4.1 油冷卻器循環(huán)水的影響引起油溫升高

水冷式油冷卻器為殼管式結(jié)構(gòu)，油在殼側(cè)，其設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa。油冷卻器固定在壓縮機(jī)撬塊上，其后的三通油溫控制閥保證供油溫度范圍穩(wěn)定在43.3～54.4℃。經(jīng)過(guò)和前期循環(huán)水上回水溫度進(jìn)行對(duì)比，由表1可知，循環(huán)水上水溫度沒(méi)有出現(xiàn)明顯升高，反而回水溫度卻低于以往正常情況下回水溫度，循環(huán)水上回水溫差變小。初步判定油冷卻器換熱管結(jié)垢堵塞造成換熱效果下降引起油溫高。隨后對(duì)油冷卻器進(jìn)行物理清洗處理，清洗完成后，重新啟動(dòng)螺桿冰機(jī)油溫還是持續(xù)升高達(dá)到跳車(chē)值，無(wú)法運(yùn)行，所以排除循環(huán)水和油冷卻器結(jié)垢堵塞等問(wèn)題導(dǎo)致本次油溫升高。

表1 循環(huán)水上回水溫度對(duì)比表

4.2 油質(zhì)變化引起油溫升高

油質(zhì)發(fā)生變化也會(huì)對(duì)油溫產(chǎn)生一定影響。經(jīng)過(guò)對(duì)油質(zhì)取樣分析，及和前期油質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)油質(zhì)出現(xiàn)乳化等其他問(wèn)題。油質(zhì)的黏度、水分及機(jī)械雜質(zhì)均在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)，所以排除油質(zhì)出現(xiàn)惡化導(dǎo)致油溫升高。油質(zhì)分析對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 油質(zhì)分析對(duì)比表

4.3 油過(guò)濾器出現(xiàn)堵塞引起油溫的升高

如油過(guò)濾器出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)油冷卻器阻力變大，會(huì)導(dǎo)致螺桿冰機(jī)潤(rùn)滑油油壓降低，出油量變小等一系列問(wèn)題，最終導(dǎo)致潤(rùn)滑油溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)抱軸燒瓦等事故的發(fā)生。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)傳儀表的顯示和就地手動(dòng)測(cè)量均顯示過(guò)濾器壓差為35kPa，和以往正常工況下過(guò)濾器壓差數(shù)值基本一致，過(guò)濾器壓差未出現(xiàn)上漲，且壓縮機(jī)軸承振動(dòng)一直處于正常范圍內(nèi)，沒(méi)有波動(dòng)上漲的現(xiàn)象出現(xiàn)，所以排除油過(guò)濾器壓差高導(dǎo)致壓縮機(jī)油溫升高。

4.4 儀表出現(xiàn)故障造成油溫出現(xiàn)假值

氨罐螺桿冰機(jī)控制系統(tǒng)為PLC控制，出現(xiàn)冰機(jī)油溫持續(xù)升高無(wú)法運(yùn)行，儀表人員對(duì)PLC控制回路中數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，與控制面板反饋數(shù)據(jù)一致，均達(dá)到螺桿冰機(jī)跳車(chē)值75℃。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用紅外測(cè)溫槍對(duì)螺桿冰機(jī)油溫進(jìn)行測(cè)溫顯示78℃，與實(shí)際控制面板數(shù)據(jù)相符，故排除儀表故障引起螺桿冰機(jī)油溫高聯(lián)鎖跳車(chē)。

4.5 溫控閥失控引起油溫的升高

經(jīng)過(guò)油冷器冷卻后的冷油和未經(jīng)過(guò)油冷卻器的熱油匯合后經(jīng)過(guò)三通油溫控制閥保證供油溫度穩(wěn)定在43.3～54.4℃。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用紅外線測(cè)溫槍對(duì)經(jīng)過(guò)油冷卻器熱油溫度和冷油溫度進(jìn)行測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)油冷卻器前熱油溫度和油冷卻器匯合后的油溫都為73℃，進(jìn)油冷卻器熱油溫度（溫控閥后）為37℃，且油冷卻器循環(huán)水上回水溫差僅有3℃，說(shuō)明進(jìn)入油冷卻器的油量非常少，溫控閥失去作用導(dǎo)致油溫升高壓縮機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。

5 溫控閥失效原因分析和處理措施

5.1 原因分析

氨罐冰機(jī)油系統(tǒng)上的溫控閥開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程就是感溫介質(zhì)受熱膨脹力與彈簧壓縮力相互作用的平衡過(guò)程（見(jiàn)圖2）。因此，假設(shè)在某溫度下，閥芯的移動(dòng)量為△X，溫控閥達(dá)到平衡狀態(tài)。對(duì)閥芯進(jìn)行受力分析，則有：

其中：P膨脹力為感溫介質(zhì)受熱膨脹力；K為彈簧剛度；F彈簧力為彈簧的預(yù)緊力；f為阻力（閥芯的摩擦力）。

Fx為閥芯的驅(qū)動(dòng)力，并取閥芯打開(kāi)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?，在溫控閥出口溫度升高的過(guò)程中Fx≥0，則有：

反之，在溫控閥出口溫度降低的過(guò)程中，感溫介質(zhì)處于收縮狀態(tài)，則P膨脹力=0，F(xiàn)x≤0，故有：

自力式溫控閥的控溫過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程，由上式可以看出，在感溫介質(zhì)和運(yùn)動(dòng)阻力不變的情況下，閥芯的驅(qū)動(dòng)力只與彈簧剛度和彈簧力有關(guān)。而彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：

在彈簧力一定的的條件下，由（2）式可以看出，彈簧的剛度K增大可以使閥芯的驅(qū)動(dòng)力減小。為了驅(qū)動(dòng)閥芯動(dòng)作就需要更大感溫介質(zhì)的膨脹力。如圖4所示，出口溫度反饋感溫元件3（溫包）來(lái)對(duì)感溫介質(zhì)膨脹力進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦感溫元件出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致感溫元件沒(méi)有隨著油溫的升高發(fā)生變化和及時(shí)調(diào)整，最終導(dǎo)致油溫持續(xù)升高壓縮機(jī)跳車(chē)。

結(jié)合（4）式和圖3的溫度曲線，可知當(dāng)調(diào)節(jié)彈簧的剛度逐漸減小時(shí)，回復(fù)溫度也逐漸降低，甚至?xí)隹販匾蟮南孪?。這是因?yàn)橄鄬?duì)較小的彈簧剛度會(huì)造成閥芯回復(fù)過(guò)程中，不能提供足夠的彈簧力以克服運(yùn)動(dòng)阻力f。相反，增大彈簧剛度有利于閥芯的快速回位，提高溫控閥的降溫響應(yīng)速度，但同時(shí)也會(huì)造成溫控閥整體工作溫度升高。

綜上分析此溫控閥失去作用應(yīng)該為溫控閥感溫元件（溫包）失效導(dǎo)致其失去自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，以及彈簧剛度隨著使用時(shí)間變長(zhǎng)剛度逐漸降低，使溫控閥降溫響應(yīng)速度變慢，導(dǎo)致油溫出現(xiàn)持續(xù)上漲等現(xiàn)象發(fā)生，最終導(dǎo)致螺桿冰機(jī)無(wú)法運(yùn)行。

圖2 溫控閥結(jié)構(gòu)圖

圖3 彈簧剛度對(duì)溫度影響的曲線

5.2 處理措施

根據(jù)以上原因分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，將此溫控閥改為手動(dòng)閘閥進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)控制，改造完成后。此冰機(jī)重新啟動(dòng)運(yùn)行，壓縮機(jī)油溫一直維持在45～53℃，運(yùn)行工況良好。