预防风冷螺杆式压缩机高温的维护方法

李名强，汤 君

(中海石油(中国)有限公司天津分公司渤南作业公司 天津300456)

1934年第一台双螺杆式气体压缩机诞生，它以结构简单、工艺性能良好、操作方便、可靠性高等特点广泛应用在冶金、建筑、铁路机车、机械制造、石油化工等各个领域。空气压缩机是工业生产常用的动力设备。海洋采油平台的空压机为工艺生产控制和安全仪表系统提供仪表气。如果仪表气压力低于安全值，则影响仪表设备的正常运行，甚至会触发平台关断，而每次关断都会造成大功率电气设备损耗，冲击油田群电网，停产还会造成严重的经济损失，所以空压机的稳定性对海洋采油平台至关重要。喷油螺杆压缩机常见的故障中，螺杆式空压机运行高温是最常见的故障之一，尤其夏季最为严重，成为困扰众多空压机用户的问题之一。

笔者针对海上采油某平台的美国 Quincy QGB15-45KW型螺杆式喷油压缩机，介绍其压缩原理，从系统的工艺流程和冷却系统出发，分析运行出现高温的原因，提出预防性维护方法，增强空压机稳定性，防止因空压机高温停机对油田生产带来损失，从而提高油田运行效益。

1 螺杆压缩机概述

1.1 螺杆式压缩机压缩原理

喷油螺杆压缩机是一种容积式压缩机。压缩机有一对螺旋形阴阳转子，它们在气缸里互相啮合，互相反向旋转。阳转子通常由电机驱动，阴转子由同步齿轮驱动或者由阳转子通过喷油形成的油膜进行驱动。当阴阳转子旋转时，转子凹槽和机壳壁形成封闭腔室。随着转子旋转封闭腔室容积不断减小，油气混合物被压缩，流向排气口。当封闭腔室经过排气口时，油气混合物从压缩机排出，完成一个工作循环：吸气、压缩和排气。随着阴阳转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的3个过程循环(图1)。

图1 阴阳转子循环过程Fig.1 Process of rotor cycle

1.2 螺杆式压缩机的工艺流程和冷却系统

如图2、图3所示，空压机通过空气滤器吸入周围的空气，使之进入压缩主机内。阴阳转子通过运动来改变封闭腔室的容积，同时腔内不断喷油，润滑和冷却螺杆，由此产生了受热后的压缩油气混合物。升温升压后的油气混合物通过排气单向阀进入到油气分离器罐，主机腔内的压缩空气在油气分离器内与压缩油进行分离，一旦油气分离器内的空气达到最低压力时，最小压力阀开启，高温的压缩空气进入后冷却器。压缩空气的温度在后冷却器内被冷却，得到所需要的压缩空气。

压缩后的润滑油在油气分离器罐内与压缩空气分离，高温高压润滑油经过温控阀自动调节，温控阀根据滑油温度，使其中一部分滑油直接回流到主机封闭腔室，另一部分进入冷却器，经过风扇冷却后再回流到主机封闭腔室。

图2 空压机流程图Fig.2 Flow of air compressor

图3 空压机工艺简图Fig.3 Process of air compressor

空冷滑油冷却器以及后冷却器是高级铝制品，QGB20-30马力型号的油冷却器和后冷却器是一体式的。风扇电机驱动叶轮带动空气通过冷却片，对机壳里的压缩油和空气进行冷却；要求压缩机出口温度低于115℃，高温高压空气经过冷却器后，要求温度降低到45℃以下才可外输到仪表气公用气储罐。

2 螺杆压缩高温原因及预防措施

压缩机产生的热量通过压缩机油传递到冷却换热器，需要风机产生足够的风量使热量散失到空气中。如果冷却换热器没有足够的冷却空气循环，将致使压缩机油温度无法降低，进而引起压缩机排气高温。最明显的现象是外输气高温报警，但压缩机出口温度正常。

2.1 冷却换热器循环风机吹风量降低

散热风机在长期运行过程中，因沙粒、尘土或铁屑等杂质混入电机轴承，加大轴承运转阻力，不但会造成轴承磨损，而且还会使电机运行速度降低，降低风机的出风量。另外风机电机绕组损伤也会造成风机做功降低。

风机轴承设置必要的防护罩，及时清理护罩内外部杂物，特别是在海上大风天气过后。定期更换轴承润滑油，并确保润滑油合格，防止电机卡涩、过载造成绕组损伤。

2.2 冷却换热器循环风机反向运转

完成冷却风机检修或者更换电机控制器电气线路及元件检修等工作后，进行安装时容易造成循环风机反向运转。

检修或更换电机及控制线路器件时，在安装后点动其控制器交流接触器，测试运转方向，如果反向运行，断电隔离，在电机接线端子调线换向，换向后还需再次点动测试，确认运行方向正确。

2.3 散热器外部堵塞

海上采油平台环境恶劣，空气湿度大，大风天气频繁，且大风含泥沙，渤海油田春夏交替季节大风携带大量柳絮，特别容易造成散热器堵塞。在空压机进风口原有滤网的基础上，根据上油油田恶劣环境，再加装可拆卸的致密细滤网，阻止柳絮进入空压机隔离罩内部，并定期清理细滤网和散热器。

2.4 隔声罩拆除或密封不严

空压机隔声罩形成封闭空间，使空压机各元器件与外界隔离，起到保护原件、隔离压缩机噪音的作用。在隔声罩侧面设置进风扇叶窗口，与顶部的散热风扇结合，使空气在隔声罩内部形成循环气流，环境的冷风不断冷却压缩机、油气混合管线及其他部件，并将热量不断散发到周围空气中。拆除隔声罩则会改变冷却空气的循环路径，降低冷却效果。

在空压机检修及试机过程中，需要拆卸隔声罩，在空压机正常运作后，容易忽略恢复其隔声罩，尤其是对隔声罩密封条的检查。在日常维护和检修过程中应养成按部就班的工作习惯，工作完毕后必须正确安装隔声罩。

2.5 环境温度过高

标准的QGB驱动电机是全封闭风叶冷却的电机，其工作的最高环境温度是40℃。由于采油平台建造成本高，要求空间利用率高，这样容易形成空压机所在空间狭小，通风不良，甚至周围安装高温散热量大的设备，造成环境温度过高。在日常工作后，特别注意空压机所在区域物品和临时设备的摆放，严禁遮挡空压机通风空间，更不允许在该区域使用散热量大的设备。

2.6 空气滤器堵塞

空气滤器有杂质、堵塞时，进气流过滤清器阻力变大，压缩机入口负压增高，造成压缩机机头产热量增加，严重时造成压缩机高温。建议每月更换空气滤器，特殊情况下需每天或每周清洁。

2.7 压缩机油过滤器堵塞

压缩机油有润滑轴承和转子的作用，压缩机运转过程中，空气被压缩时带走热量，从而降低压缩空气的排放温度，并对转子缝隙起密封作用。在日常运行中，每年更换水/油分离器滤芯，给电机上润滑油，每6个月或1000小时更换油滤器并取样化验，化验结果不合格应更换压缩机油。

2.8 储罐中压缩机油量不合理

压缩机油过量，其工作效率下降，负荷增大。油量过少，会造成压缩机过热，增大磨损。在操作中，油面高度通过目视玻璃观测仪或刻度仪来判断。油面高度应在刻度仪的“运行”区域或完全充满目视观测仪，在保证冷却和润滑的前提下尽量少加。平时巡检注意观察油面液位和油路接头管线，保证无泄漏，油量合理。

2.9 压缩机油不合格

由于润滑油在压缩腔内与空气直接接触混合，反复循环使用，要求润滑油应有较高的燃点和较好的抗氧化及抗泡沫性。添加劣质压缩机油，会引起润滑和热传递性能降低，造成机头磨损高温，甚至压缩机油变质。美国Quincy公司针对QGB型空压机推荐使用QuinSin PG型油。QuinSin PG是ISO46粘性的压缩机油，具有优良的抗氧化性、粘性、控水分能力和较高的闪、燃点。每台压缩机在出厂前，均添加一种符合规格要求的适量压缩机油。QuinSin PG型油的使用寿命为8000h或1年。日常维护中，按规定更换同规格压缩机油，此外对于取样化验变质的压缩机油，应及时全部更换，并查明变质原因。

2.10 热敏控制阀故障

压缩机油从分离器进入压缩机腔室之前，经过一个热敏控制阀，调节压缩机油流过风冷散热器的流量，保障压缩机油在合适温度下回到压缩机头。当循环油温度达到80～88℃，热敏控制阀会逐渐打开，循环油经过风冷冷却器。测量通过风冷器前油管温度可判断温控阀工作状态，如果热敏控制阀异常，应拆卸检修或者更换新备件。

2.11 检测仪表故障

空压机在运行过程中，检测仪表出故障会产生空压机高温报警。在日常巡检过程中，观察仪表检测值，并与以往巡检记录值对比，发现温度变化，结合其他运行参数和状态，立即排查原因并调整运行状态。在日常维护过程中，定期校验检测仪表，紧固仪表接线端子，清洁仪表，及时更换老化的接头热塑管，并保持仪表内部干燥，防止潮湿引起电路板故障。

2.12 机头故障

压缩机头磨损造成阴阳转子之间空隙增大，进而引起机头发热。机头磨损的主要原因有：①空压机工作环境含有灰尘和沙粒，对于恶劣运行环境需增加防护，比如使用专用机房、附加致密滤网等。②添加不合格的压缩机油或者压缩机油已变质。按照厂家指导添加合格压缩机油，定期取样化验和更换压缩机油和机滤。③设备缺乏保养，一些零配件长时间异常工作，导致主机损坏。空压机长期运转，一定要参考设备操作手册，依据设备预防性维护手册按时按量保质进行保养工作。

3 结 论

风冷螺杆式空压机高温故障，可能由一种原因或多种原因导致，通过分析压缩机工作原理、工艺流程和冷却原理，总结出压缩机高温故障的原因，针对性地提高日常巡检和预防性维护质量，不但可提高设备运行质量和使用寿命，而且防止空压机高温停机引发平台关停，避免油田大功率设备急停损耗和油田关停引发的产量下降，从而增加油田运行效益。