螺杆压缩机的故障处理

螺杆压缩机的故障处理

LS-12型螺杆压缩机故障浅析与处理

第一章前言
我公司1.6万吨/年己烷装置是扬子石化设计院于1998年设计并于2000年建成投产的，其300单元公用工程系统C301AB压缩机组，选用了美国寿力公司两台LS-12型单级喷油螺杆空气压缩机，为装置提供仪表风及工厂风。在机组投用初期，曾发生过机组排气温度高温报警及最小压力阀的故障，给装置长周期运行带来隐患。经认真研究分析，采取了正确的处理措施，消除了隐患。目前，该机组运行正常，保证了己烷装置公用工程的平稳。

第二章排气温度高的故障分析处理
2.1 排气温度的高温报警故障
2000年7月，C301B机组出现排气温度T1高温报警（107℃），停机处理。
2.2 影响排气温度的几个因素
影响机组的排气温度的主要因素有①机组使用的Sullube32合成润滑油变质，造成油冷效果不好；②润滑油量小或喷油温度高，使机组排气温度过高；
2.2.1 润滑油的影响
LS-12型喷油螺杆压缩机使用的是Sullube32合成润滑油，在转子旋转吸入空气时，直接被喷入机体内与空气混合。喷入的油呈微滴状，与被压缩的空气混合，极大的换热表面可以迅速吸收气体的压缩热，有效控制压缩放热引起的温升，降低排气温度；同时，润滑油填补了转子与壳体以及阴阳转子之间的泄漏间隙（如泄漏三角形、齿顶间隙等内泄漏通道），提高压缩机的容积效率，并在转子间形成油膜，对声能和声波起吸收和阻尼作用，降低运行噪声。润滑油变质直接的表现是排气温度高并机组噪声加大，效率降低。
2.2.2 喷油量、喷油温度与排气温度的关系
根据邢子文的研究，在给定喷油螺杆压缩机的排气温度后，其喷油量可由压缩机的热平衡式决定。由能量守恒定律，压缩机的热平衡式为：
P=QmgCpg(Td-Tsg)+QmoCpo(Td-Tso) (式2-1)
式中 P——压缩机轴功率，KW
Qmg——气体质量流量，kg/s
Qmo——喷油质量流量，kg/s
Cpg——气体的比定压热容，kJ/(kg*K)
Cpo——油的比定压热容，kJ/(kg*K)
Tsg——气体的进气温度，K
Tso——喷油温度，K
Td——排气温度，K
由2-1式可以看出，如已知排气温度、喷油温度等参数，可以确定喷油量；反之，根据喷油量和喷油温度，可以确定排气温度。排气温度与喷油温度和喷油量密切相关，喷油量大，喷油温度低，则排气温度低；喷油量小，喷油温度高，则排气温度高。
2.2.3 喷油量的控制范围
表2-1是LS-12机组的正常操作参数。
表2-1：LS-12型螺杆压缩机的操作参数
序号项目名称单位操作指标序号项目名称单位操作指标
1 进气压力 MPa(G) 常压 7 分离器压差 MPa(G) ≤0.07
2 排气压力 MPa(G) 0.79～0.86 8 空气流量 m3/hr 360
3 进气温度 ℃ ≤40 9 轴功率 KW 37
4 主机排气温度 ℃ ≤107 10 电流 A 40-85
5 润滑油温度 ℃ 50 11 空气含油量 ppm ＜1
6 油过滤器压差 MPa(G) ≤0.14 12 超高压保护 MPa(G) 1.2

根据表2-1，LS-12型螺杆压缩机排气温度在正常操作时为85℃（警戒值107℃），而喷油温度控制在50℃左右，吸气温度按常温15℃计算，空气的比定压热容为1.005KJ/(Kg.K)，Sullube32合成油的比定压热容为1.842 KJ/(Kg.K)，由式2-1可计算压缩机的喷油量控制范围：
空气的质量流量Qmg可以根据气体物态方程计算：
Qmg＝100000×（360÷3600）×28.9×10-3÷（8.314×288）
＝0.12 Kg/s
由式2-1：37＝0.12×1.005×（358-288）＋Qmo×1.842×（358-323）
＝8.442＋64.47 Qmo
即Qmo＝（37-8.442）÷64.47＝0.443 Kg/s，这是正常工况下的喷油量。
同理，可以计算出压缩机在排气温度警戒值下的喷油量：
37＝0.12×1.005×（380-288）＋Qmo×1.842×（380-323）
＝11.095＋104.994 Qmo
即Qmo＝（37-11.095）÷104.994＝0.247 Kg/s，这是排气温度警戒值工况下的喷油量。
由此可知，为确保LS-12型螺杆压缩机的正常工况，必须控制好喷油量，机组的正常喷油量控制范围应在0.247～0.443 Kg/s。喷油量的大小，直接影响机组的排气温度。
2.2.4 喷油温度对排气温度的影响
根据式2-1的关系，若在机组喷油量、进气温度等参数不变的情况下，喷油温度的升高也会引起机组排气温度的升高。正常工况下，机组的排气温度为85℃，喷油温度为50℃，当机组排气温度达到警戒值107℃时，其喷油温度应为：
37＝0.12×1.005×（380-288）+0.443×1.842×（380-Tso ）
Tso＝348K（75℃）
以上计算可知机组的喷油温度正常控制范围为50～75℃。当喷油温度过高时，会引起排气温度过高。同时还要注意环境温度对机组喷油温度及进气温度的影响。
2.3 故障处理
机组故障时其运行噪声并未发生变化，说明润滑油质应该是满足要求的。经对使用的Sullube32合成润滑油进行了取样分析，结果表明其质量符合要求；拆检影响喷油量的流量视镜和油过滤器，发现油过滤器有堵塞现象，内部滤芯较脏，这就可能引起油路不畅导致润滑油量的降低，从而引起排气温度高；对机组油冷却系统—油/气风冷器及冷却风扇进行了检查，发现积灰较多，这会影响润滑油本身的冷却效果，使喷油温较高而造成排气温度高。随即对油过滤器进行更换，确保油路畅通；对油/气冷却器和冷却风扇进行了清理，保证喷油的冷却效果。
2.4 防止机组排气温度高的措施
通过前面的分析可知，影响LS-12机组排气温度的关键因素是喷油量和喷油温度的控制，同时润滑油本身的质量和环境温度对排气温度也会产生一定的影响。根据这些影响因素，我们修订了LS-12型机组的维护手册：①将油过滤器的更换周期由6个月缩短为4个月，且进入夏季前要更换一次；②机组进入夏季时，可适当增加喷油量；③将风冷器及风扇的清理周期由6个月调整为3个月，且进入夏季前必须清理一次；④润滑油质量分析2个月一次；⑤机组夏季运行时，可将靠近机组进气管的防音罩板打开以确保空气流通，减小环境温度的影响。
需要指出的是，对LS-12型喷油螺杆空气压缩机，排气温度还有一个下限，即不得低于气体压缩后水蒸气分压所对应的饱和温度。在100％的相对湿度时，从15℃的环境温度压缩到0.8MPa时，相应的饱和温度约为60℃。考虑到工况的不稳定，为了保证在这种条件下不出现冷凝水，通常控制排气温度不低于70℃，这对机组冬春季多雨季节的运行操作尤为要注意。

第三章最小压力阀的故障分析处理
3.1 故障情况
2000年12月，C301B在正常工作状态，处于机组备用联锁状态的C301A自启动后，出现反复加载、卸载状态，并出现润滑油系统压力高压报警，机组无法正常运行。取消备用联锁状态，手动停机后，其空滤器有润滑油漏出。
3.2 故障分析
己烷装置300单元的空气后处理系统采用的是吸附式无热再生干燥器M301，其工作状态是每10分钟自动排空切换一次，在排空时，会造成空气系统管路的瞬时低压，这就会使备用联锁的C301A自启动。LS-12型机组的单级喷油螺杆压缩机有加载和卸载两个主要的工作状态。加载状态时进气阀打开，螺杆压缩机经吸气→压缩→排气，机组进入气量调节模式。当机组出口管线压力上升超过设定值0.86MPa时，分离罐顶部装设的最小压力阀（见图-1），其内的止回阀关闭，防止压缩气体回流至罐中，并使机组升降式进气阀应处于关闭状态，机组空载运行。

图-1 排气系统组成图
当机组再次加载时，进气阀初始状态应是关闭的，以保障电机电流较小。只有在压缩空气非正常回流（这股气是由机组的出口管线反窜回来的），带压的空气经储油罐→压缩腔，使润滑油系统压力高于加载时的0.35MPa，由此机组出现在加载时润滑油系统高压报警。而进气阀又处于开启状态，至使带压空气连同润滑油经压缩腔→进气阀→空滤器。这说明最小压力阀故障，无法切断排气管路的压缩空气和使进气阀关闭。
3.3 故障处理
拆检最小压力阀，发现阀腔中有大量积水已使主弹簧锈蚀，无法灵敏动作。造成机组排气管线堵，使机组刚进入加载模式，压力感应器就检测到最小压力阀出口压力已到卸载压力，电脑板即给出卸载信号，这就是机组C301A处于反复加载、卸载模式的原因。至于大量积水原因，是由于C301A投备用联锁，其出口管线的阀门必须常开，由C301B提供的未经后置干燥处理的压缩空气在C301A的最小压力阀处，冬季长时间静置至使游离水生成。更换最小压力阀主弹簧，处理阀腔锈蚀。试运后机组正常。
3.4 防止最小压力阀故障的措施
根据以上分析处理，我们提出了LS-12型机组冬季运行的维护措施：①将C301AB的切换周期由原4个月调整到2个月，防止最小压力阀处积水；②冬季减少润滑油的循环量以提高运行机组的排气温度，遏制游离水的生成；③加强最小压力阀、升降式进气阀的检查维护。

第四章结语
熟悉掌握LS-12型喷油螺杆压缩机的工作原理以及控制合适的喷油量和喷油温度，是保证机组正常运行以及故障处理的关键。实际操作中，在考虑冬夏季不同的环境因素的前提下，控制好喷油量、喷油温度与排气温度平衡关系，在己烷装置的C301机组操作维护及保证长周期运行中，得到了很好的验证。

参考文献：
1、螺杆压缩机-理论、设计及应用主编：邢子文机械工业出版社
2、无油润滑压缩机主编：朱圣东机械工业出版社
3、压缩机润滑及其用油主编：蔡叔华中国石化出版社
4、寿力工业压缩机操作手册