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螺杆空压机双级压缩出现的故障分析
编辑:萨曼机械(上海)有限公司  时间:2017-04-05

原因分析


  (一)排气温度高原因分析


  双级螺杆空压机工作原理如图2所示,由进气过滤系统、压缩机和电机总成、带冷却器的压力润滑系统、分离系统、气量调节系统、电气控制系统、仪器仪表系统、安全保护系统、后冷却器、水分离器和排放装置组成。在双级螺杆式压缩机里,通过两组带螺旋的转子(阴转子和阳转子)啮合压缩空气。一、二级转子轴线相互平行,形成分级串联方式,安装在高强度铸铁的气缸体内。气缸体的两个端面对角位置上开有进排气孔口。阴转子的齿槽同阳转子啮合,以被阳转子带动。转子的排气侧一端装有推力滚子轴承,以防止转子轴向移动。空气润滑油混合气体从压缩机排出后,进入分离系统,这个系统就在油分离器内。混合气体流经分离系统后,几乎从排出的空气中除尽所有的润滑油,此时空气里只含几个ppm的油量。分离下来的油返回润滑系统,与此同时,压缩空气流入后冷却器。后冷却器系统由热交换器、冷凝水分离器和冷凝水自动排放装置组成(后两者组成水分离器)。利用压缩空气的冷却作用,空气里含有的水蒸汽大部分被冷凝析出,再进入后处理单元到各用气点。润滑油系统由油分离器、油冷却器、温控阀和油过滤器组成。分离后的润滑油通过温控阀进入油冷却器冷却,经过油过滤器过滤后回到压缩腔完成一个循环。


  因此可以看出,除运转部件本身运行状况不好导致发热温度升高,吸气温度、润滑油质量、回油量、回油温度是影响排气温度最为重要的因素。


  1.吸气温度的影响


  吸气温度主要受环境温度的影响,如果环境温度较高,导致吸入空气温度较高,必然导致压缩温度升高从而使排气温度随之升高。如果要降低吸气温度,需要将吸气口改到室内,目前不具备改进的条件。


  2.润滑油质量


  润滑油质量的影响主要是,如果润滑油乳化或油量太少,致使润滑油冷却效果不够而使排气温度升高。检查润滑油量,发现符合润滑油量标准规定。润滑油质量分析也是合格的,可以排除润滑油质量的影响。


  3.润滑油回油量


  回油量主要与油过滤芯有关,螺杆空压机的油过滤芯精度比较高,一般小于20μm,当油过滤芯使用时间过长,容易出现堵塞时,导致回油不畅,回油量减少,造成主机因供油不足而使排气温度升高。


  4.回油温度的影响


  回油主要通过油冷却器冷却,冷却器是固定式铜管换热器,壳程介质为润滑油,管程介质为循环水,在油冷器冷却面积一定的情况下,管程的循环水量是影响回油温度的重要因素。在油冷却器壳程入口,还装有一个温控阀,温控阀的作用主要是控制压缩机的最低喷油温度,因为较低的喷油温度会使压缩机的主机排气温度偏低,而在油分离器内析出冷凝水,恶化润滑油的品质,缩短其使用寿命。在控制喷油温度高于一定温度时,排出的空气和润滑油的混合气始终会高于露点温度。温控阀控制润滑油的盘通量,以使喷油温度控制在一个合适的范围之中。在压缩机刚启动时,机器较冷,部分润滑油不经过冷却器。当温度升高并超过温控阀设定值时,润滑油将全部流过冷却器。在环境工作温度较高期间,所有润滑油会全部经过冷却器,因此温控阀的运行状况也将影响回油温度。

 5.油冷却器循环冷却水存在的问题


  空压站循环水处在循环水管网的末端,相邻有热水循环水换热器、气压机级间冷却器等循环水消耗大户,现场压力为0.3MPa左右,而空压站循环水主管公称通径为DN100,接入油冷却器支管公称通径为DN32,支管长约1.5米左右,采用精密压力表在油冷却器冷却水入口测得现场压力约为0.2MPa左右。这表明从空压站循环水主管经油冷器循环水支管,进入油冷器管程压降过大,从而导致油冷器管程出入口压差太小,循环水量严重不足。从表2也可看出,油冷器循环水温差2#机高达30℃,排水温度60℃,这使得为了保证空压机运行,在高温时间段,甚至不得不将排水改为直排,浪费了大量的水资源。


  (二)油气分离芯使用寿命短原因分析


  油气混合物经分离器内的机械(初级)分离后,再经油气分离滤芯进行精细分离。经初级分离后的含油0.05%(500ppm)油气混合物中,油微粒直径约为0.01μm~1.00μm,呈悬浮状。在流经微米级玻纤滤料层时,通过惯性碰撞,直接拦截和扩散机理以及凝聚作用将小油滴聚合成大油滴,在气流及重力的作用下,油滴聚集在滤芯的底部凹处,由芯内经油管返回机头。


  1.空压机润滑油的质量


  润滑油的选用对油气分离芯的使用寿命有非常大的关系,喷油螺杆空压机用油有合成油、半合成油、矿物油。由于各种油的性能不尽相同,试验证明,一个优质油气分离芯在不同润滑油的工况条件下其工作寿命不相同。


  润滑油的选择应选抗老化、对水不敏感、耐高温、不易挥发的油。抗氧化能力差的油在高温氧化后形成黏稠沉淀物,容易附着在油气分离芯表面层将滤料的微孔堵塞。高温下油容易老化,在更换油时应尽量将已用过的油全部更换以免新油受到污染。


  2.油气分离器


  经机头压缩后的油气混合物液相油滴尺寸范围很广,大部分油滴直径尺寸通常处于1μm~50μm,少部分微滴可小至与气相分子具有相同的数量级,仅为0.01μm。当油气混合物进入分离器经精心设计的折流板机械分离(碰撞、离心、扩散、重力)后,应将混合物中99.7%的油分离掉,使进入油气分离滤芯处的混合物含油量为0.05%(500ppm)。有些空压机厂家因油气分离罐结构设计不合理、尺寸过小以及气液相间的高度过小等因素,导致开机后即使使用进口滤芯还是喷油,油气分离器的初级(机械)分离效果亦是决定油气分离芯工作寿命的关键因素。


  3.空气滤芯、润滑油滤芯的更换


  油气分离芯不仅从油气混合物中分离出油,同时也将其中的固体杂质分离掉,这些固体粒子被滤芯拦截,沉积依附在滤料上,从而使滤芯压差(阻力)不断增加。若空气滤芯未能将大气中的脏物有效过滤掉,润滑油内的固体颗粒污物将进入到润滑油系统中,而当润滑油过滤芯未能良好地将其过滤掉,就会使其附着在油气分离芯滤层上。油气分离芯的使用寿命与润滑油的污染程度相关,为减少油的污染应定期更换空气滤芯、润滑油滤芯,并对其过滤精度有所要求①。


  4.油气分离芯的结构与尺寸


  油气分离芯的分离机理:含油0.05%(500ppm)油气混合物中的油微粒直径为0.01μm~1.00μm,呈悬浮状,在流经微米级玻纤滤层时,通过惯性碰撞,直接拦截和扩散机理以及凝聚结作用将小油滴聚合成大油滴。在气流及重力的作用下,油滴聚集在滤芯的底部凹处,由芯内经油管返回机头。滤芯的设计通常按照其流速,一般高流速滤芯流速0.18m/s,尺寸较小,寿命较短;低流速(标准型)滤芯流速0.08 m/s,尺寸较大,但寿命长些。空压机厂家按照国外标准选用滤芯,但滤芯的工作条件却低于国外机型,从而造成滤芯先天工况条件差,当然滤芯寿命达不到应有的工作时间。


  5.空压机运行温度及工况环境


  一些空压机运行温度高达90~100℃,在此温度下润滑油不仅容易老化,而且容易蒸发,加之工作环境不佳,若环境温度高,使得大量油蒸汽通过油气分离芯排出,油气分离芯容易造成堵塞。


  (三) 排气含油量超标原因分析


  空压机排出气体中含油量超标不但降低气体的洁净度,减少了后处理设备的使用寿命,而且还会污染用气设备,使空压机油耗量增大,生产成本增加。因此,降低排气中含油量是一个不可忽视的问题,在空压机运行过程中,对影响排气含油量的因素进行分析,主要有以下原因:


  1.润滑油油位


  油气分离器油位过高,气流会把润滑油卷入压缩空气中,不仅降低了油分离芯的使用寿命,同时还会使排气中油含量超标。


  2.最小压力阀的开启压力值


  最小压力阀的一个重要作用是保证油分离器前后差压不致过大,降低气流速度,以确保油分离的效果。若开启压力太低,油分离器前后压差大,器内气流速度高,筒壁和油分离芯上凝聚的油液会被高速气流卷走,影响油分离效果。


  3.油气分离芯


  油气分离芯使用后容易被润滑油中的杂质堵塞,造成气体压降增大,速度提高,甚至使油气分离芯击穿,彻底失去分离能力,造成排气中油含量严重超标,甚至导致空压机中润滑油短时间全部跑光。


  4.二次回油管


  油气分离芯的二次回油管由油管、回油过滤器和节流孔接头组成。回油过滤器和回油节流孔堵塞,会使油气分离芯内油位过高,使油气分离芯中间底部的润滑油来不及返回空压机入口,增大排出气体的油含量。


  5.排气系统疏水阀


  空压机排气中的含油经过油气分离器分离后,一般小于3ppm,经过气冷却器冷却后,部分油气经过进一步冷凝,通过疏水阀排出,使进入后处理设备的压缩空气中含油量进一步降低。如果疏水阀被不断冷凝积聚的油水混合物堵塞,将导致疏水阀失去作用,冷凝的油水混合物将被高速流动的压缩空气带入后处理设备中。


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