李名強，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年第一臺雙螺桿式氣體壓縮機誕生，它以結(jié)構(gòu)簡單、工藝性能良好、操作方便、可靠性高等特點廣泛應(yīng)用在冶金、建筑、鐵路機車、機械制造、石油化工等各個領(lǐng)域?？諝鈮嚎s機是工業(yè)生產(chǎn)常用的動力設(shè)備。海洋采油平臺的空壓機為工藝生產(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)備的正常運行，甚至?xí)|發(fā)平臺關(guān)斷，而每次關(guān)斷都會造成大功率電氣設(shè)備損耗，沖擊油田群電網(wǎng)，停產(chǎn)還會造成嚴重的經(jīng)濟損失，所以空壓機的穩(wěn)定性對海洋采油平臺至關(guān)重要。噴油螺桿壓縮機常見的故障中，螺桿式空壓機運行高溫是最常見的故障之一，尤其夏季最為嚴重，成為困擾眾多空壓機用戶的問題之一。

筆者針對海上采油某平臺的美國 Quincy QGB15-45KW型螺桿式噴油壓縮機，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)，分析運行出現(xiàn)高溫的原因，提出預(yù)防性維護方法，增強空壓機穩(wěn)定性，防止因空壓機高溫停機對油田生產(chǎn)帶來損失，從而提高油田運行效益。

1 螺桿壓縮機概述

1.1 螺桿式壓縮機壓縮原理

噴油螺桿壓縮機是一種容積式壓縮機。壓縮機有一對螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子，它們在氣缸里互相嚙合，互相反向旋轉(zhuǎn)。陽轉(zhuǎn)子通常由電機驅(qū)動，陰轉(zhuǎn)子由同步齒輪驅(qū)動或者由陽轉(zhuǎn)子通過噴油形成的油膜進行驅(qū)動。當陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凹槽和機殼壁形成封閉腔室。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。當封閉腔室經(jīng)過排氣口時，油氣混合物從壓縮機排出，完成一個工作循環(huán)：吸氣、壓縮和排氣。隨著陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的3個過程循環(huán)(圖1)。

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

1.2 螺桿式壓縮機的工藝流程和冷卻系統(tǒng)

如圖2、圖3所示，空壓機通過空氣濾器吸入周圍的空氣，使之進入壓縮主機內(nèi)。陰陽轉(zhuǎn)子通過運動來改變封閉腔室的容積，同時腔內(nèi)不斷噴油，潤滑和冷卻螺桿，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入到油氣分離器罐，主機腔內(nèi)的壓縮空氣在油氣分離器內(nèi)與壓縮油進行分離，一旦油氣分離器內(nèi)的空氣達到最低壓力時，最小壓力閥開啟，高溫的壓縮空氣進入后冷卻器。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。

壓縮后的潤滑油在油氣分離器罐內(nèi)與壓縮空氣分離，高溫高壓潤滑油經(jīng)過溫控閥自動調(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封閉腔室，另一部分進入冷卻器，經(jīng)過風扇冷卻后再回流到主機封閉腔室。

圖2 空壓機流程圖Fig.2 Flow of air compressor

圖3 空壓機工藝簡圖Fig.3 Process of air compressor

空冷滑油冷卻器以及后冷卻器是高級鋁制品，QGB20-30馬力型號的油冷卻器和后冷卻器是一體式的。風扇電機驅(qū)動葉輪帶動空氣通過冷卻片，對機殼里的壓縮油和空氣進行冷卻；要求壓縮機出口溫度低于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表氣公用氣儲罐。

2 螺桿壓縮高溫原因及預(yù)防措施

壓縮機產(chǎn)生的熱量通過壓縮機油傳遞到冷卻換熱器，需要風機產(chǎn)生足夠的風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)，將致使壓縮機油溫度無法降低，進而引起壓縮機排氣高溫。最明顯的現(xiàn)象是外輸氣高溫報警，但壓縮機出口溫度正常。

2.1 冷卻換熱器循環(huán)風機吹風量降低

散熱風機在長期運行過程中，因沙粒、塵土或鐵屑等雜質(zhì)混入電機軸承，加大軸承運轉(zhuǎn)阻力，不但會造成軸承磨損，而且還會使電機運行速度降低，降低風機的出風量。另外風機電機繞組損傷也會造成風機做功降低。

風機軸承設(shè)置必要的防護罩，及時清理護罩內(nèi)外部雜物，特別是在海上大風天氣過后。定期更換軸承潤滑油，并確保潤滑油合格，防止電機卡澀、過載造成繞組損傷。

2.2 冷卻換熱器循環(huán)風機反向運轉(zhuǎn)

完成冷卻風機檢修或者更換電機控制器電氣線路及元件檢修等工作后，進行安裝時容易造成循環(huán)風機反向運轉(zhuǎn)。

檢修或更換電機及控制線路器件時，在安裝后點動其控制器交流接觸器，測試運轉(zhuǎn)方向，如果反向運行，斷電隔離，在電機接線端子調(diào)線換向，換向后還需再次點動測試，確認運行方向正確。

2.3 散熱器外部堵塞

海上采油平臺環(huán)境惡劣，空氣濕度大，大風天氣頻繁，且大風含泥沙，渤海油田春夏交替季節(jié)大風攜帶大量柳絮，特別容易造成散熱器堵塞。在空壓機進風口原有濾網(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濾網(wǎng)，阻止柳絮進入空壓機隔離罩內(nèi)部，并定期清理細濾網(wǎng)和散熱器。

2.4 隔聲罩拆除或密封不嚴

空壓機隔聲罩形成封閉空間，使空壓機各元器件與外界隔離，起到保護原件、隔離壓縮機噪音的作用。在隔聲罩側(cè)面設(shè)置進風扇葉窗口，與頂部的散熱風扇結(jié)合，使空氣在隔聲罩內(nèi)部形成循環(huán)氣流，環(huán)境的冷風不斷冷卻壓縮機、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。拆除隔聲罩則會改變冷卻空氣的循環(huán)路徑，降低冷卻效果。

在空壓機檢修及試機過程中，需要拆卸隔聲罩，在空壓機正常運作后，容易忽略恢復(fù)其隔聲罩，尤其是對隔聲罩密封條的檢查。在日常維護和檢修過程中應(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

標準的QGB驅(qū)動電機是全封閉風葉冷卻的電機，其工作的最高環(huán)境溫度是40℃。由于采油平臺建造成本高，要求空間利用率高，這樣容易形成空壓機所在空間狹小，通風不良，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，特別注意空壓機所在區(qū)域物品和臨時設(shè)備的擺放，嚴禁遮擋空壓機通風空間，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，進氣流過濾清器阻力變大，壓縮機入口負壓增高，造成壓縮機機頭產(chǎn)熱量增加，嚴重時造成壓縮機高溫。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 壓縮機油過濾器堵塞

壓縮機油有潤滑軸承和轉(zhuǎn)子的作用，壓縮機運轉(zhuǎn)過程中，空氣被壓縮時帶走熱量，從而降低壓縮空氣的排放溫度，并對轉(zhuǎn)子縫隙起密封作用。在日常運行中，每年更換水/油分離器濾芯，給電機上潤滑油，每6個月或1000小時更換油濾器并取樣化驗，化驗結(jié)果不合格應(yīng)更換壓縮機油。

2.8 儲罐中壓縮機油量不合理

壓縮機油過量，其工作效率下降，負荷增大。油量過少，會造成壓縮機過熱，增大磨損。在操作中，油面高度通過目視玻璃觀測儀或刻度儀來判斷。油面高度應(yīng)在刻度儀的“運行”區(qū)域或完全充滿目視觀測儀，在保證冷卻和潤滑的前提下盡量少加。平時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 壓縮機油不合格

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

2.10 熱敏控制閥故障

壓縮機油從分離器進入壓縮機腔室之前，經(jīng)過一個熱敏控制閥，調(diào)節(jié)壓縮機油流過風冷散熱器的流量，保障壓縮機油在合適溫度下回到壓縮機頭。當循環(huán)油溫度達到80～88℃，熱敏控制閥會逐漸打開，循環(huán)油經(jīng)過風冷冷卻器。測量通過風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 檢測儀表故障

空壓機在運行過程中，檢測儀表出故障會產(chǎn)生空壓機高溫報警。在日常巡檢過程中，觀察儀表檢測值，并與以往巡檢記錄值對比，發(fā)現(xiàn)溫度變化，結(jié)合其他運行參數(shù)和狀態(tài)，立即排查原因并調(diào)整運行狀態(tài)。在日常維護過程中，定期校驗檢測儀表，緊固儀表接線端子，清潔儀表，及時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 機頭故障

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

3 結(jié) 論

風冷螺桿式空壓機高溫故障，可能由一種原因或多種原因?qū)е?，通過分析壓縮機工作原理、工藝流程和冷卻原理，總結(jié)出壓縮機高溫故障的原因，針對性地提高日常巡檢和預(yù)防性維護質(zhì)量，不但可提高設(shè)備運行質(zhì)量和使用壽命，而且防止空壓機高溫停機引發(fā)平臺關(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，從而增加油田運行效益。