螺桿壓縮機組臥式油分離器低油位故障分析、排除

崔永亮

?

螺桿壓縮機組臥式油分離器低油位故障分析、排除

崔永亮

（約克(中國)商貿有限公司成都分公司 成都 610041）

針對螺桿機組臥式油分離器運行中出現低油位故障產生的可能原因，從理論上分析，由簡單到復雜逐個排查，不斷排除不存在的原因，查找到真正的原因。針對原因，制定排除問題的方案，排除故障，恢復機組不同負荷下正常運行。

螺桿機組；臥式油分離器；低油位；低負荷；制冷劑充注過量；制冷劑嚴重不足

0 引言

云南某化工有限公司使用一臺某品牌的水冷螺桿機組用于生產工藝，2013年6月調試正常后投入使用。該機組設計蒸發器冷凍水出水溫度9℃，進水溫度15℃；機組制冷量1230kW；使用制冷劑為R22；該機組所配蒸發器為滿液式；該機組配置臥式油分離器。2013年9月16日后用戶機組多次出現油分離器低油位故障保護停機。用戶操作人員、設備管理人員對機組多次出現油分離器低油位保護停機原因不能確認。因多次停機造成機組冷凍水出水溫度逐漸升高，現場操作人員通過調整機組運行至部分負荷，方可保持機組長時間運行不保護停機。

機組出現故障后使用單位及供貨商共同對故障原因進行長時間排查，未能查找到故障原因，未能排除機組故障。將機組制冷量限制在80%以下運行。機組運行過程中制冷量超過85%時，就會出現油分離器低油位故障保護停機。造成機組制冷量達不到設計值，影響用戶生產正常運行。2014年3月份應用戶要求本人參與該機組故障分析排查工作。

1 機組制冷循環流程過程

（1）該機組制冷流程圖如圖1所示。

圖1 制冷流程圖

（2）機組故障期間部分負荷運行參數如表1。

表1 機組故障期間運行參數

2 臥式油分離器故障原理

2.1 臥式油分離器構造

（1）臥式油分離器外觀為一密閉圓柱體，其內部結構無運轉部件，前端與壓縮機排氣口相連，出口接冷凝器入口相連接，主油路、輔助回油管路組成。

（2）機組運行期間，油分離器中潤滑油經主油路，油過濾器后噴入壓縮機轉子腔、陰陽轉子前后端軸承等需要密封、潤滑部位，實現對壓縮機相關部件的密封、潤滑、冷卻、降噪功能。

（3）潤滑油同時進入滑閥活塞腔體，推動活塞連同滑閥直線移動，實現機組滿足生產冷負荷變化需要，實現壓縮機的上、卸載功能。

2.2 臥式油分離器的工作原理

由于螺桿制冷壓縮機工作時噴入大量的冷凍油與制冷劑蒸汽一起排出，故在壓縮機與冷凝器之間必須設置高效油分離器。油分離器的作用是分離壓縮機排氣中攜帶的冷凍油、降低排氣中的含油量，循環使用機組中冷凍油，使進入冷凝器、蒸發器的制冷劑含油量低至設計值，避免較多的冷凍油進入蒸發器，在蒸發器換熱管外表面形成油膜，造成熱阻大幅度增大，減小蒸發器內制冷劑的蒸發率，造成整臺機組制冷量。

（1）一級分離——離心力及重力分離：經壓縮機壓縮排出的油氣混合氣體進入油分離器，在首先經過90°彎頭在離心力作業下，因油分子液體質量遠超制冷劑氣體，油滴分離沉降至下部油槽；同時因橫截面積急速擴大12-16倍，流速降至原流速的1/16～1/12，潤滑油油滴與制冷劑氣體密度差滴落，分離沉降至下部油槽；再有含有油滴的氣體經過濾網時，油滴與濾網碰撞，順著濾網滴落至下部油槽，經過此次分離，88～92%的冷凍油分離至油槽。

（2）二級分離——親和聚集分離：油氣混合物經過油分濾芯，利用濾芯的親和聚集分離主要是用于分離直徑1μm及以下的油滴，由濾芯和聚集2個過程組成。通過過濾網有5-10%在一級分離未完全分離的冷凍油分離沉降于輔助油槽。

（3）尚有1-3%的潤滑油隨氣體制冷劑進入冷凝器，隨冷凝后的液態制冷劑經節流后進入蒸發器。因冷凍油的密度小于液體制冷劑，在蒸發器殼程內，冷凍油浮于制冷劑上部，通過蒸發器的制冷劑氣體一起加入壓縮機吸氣側回油。

圖2 油分離器原理圖

3 造成油分離器油位低故障原因分析

根據機組調試正常以及其后幾個月運行正常分析：機組出廠正常。故障發生在運行后及9月16日前。分析造成機組低油位的可能原因：

（1）該油分離器與螺桿機組不匹配，配置小了。根據機組調試結束正常運行3個月才發生此故障，故油分離器配置過小不成立，排除此種可能。

（2）機組長期在低負荷下運行，壓縮機吸氣量小于設計流速20%及以下，流速過低，聚集在蒸發器中的部分冷凍油不能正常隨制冷劑氣體回到壓縮機、油分離器。隨著低負荷運行時間增加，冷凍油會聚集于蒸發器液體制冷劑上部，形成冷凍油層，油分離器的油位就逐漸降低，最后出現低油位故障停機。

（3）制冷劑充注過量。每臺機組設計時均有其最佳充注量的范圍，超過其設計充注量的20—30%，運行中特別是在滿負荷運行時，壓縮機吸入少部分未蒸發液體，經壓縮排出氣體過熱度低（嚴重時排氣過熱度降至10℃以下），油分離器的分離效果就差，部分冷凍油在油分離器中未能有效分離被帶入冷凝器，運行時間10-20分鐘就可能造成低油位故障停機。

（4）機組有滲漏，長時間滲漏造成制冷劑不足，蒸發壓力降低，制冷劑氣體與油滴的密度差增大，造成冷凍油在蒸發器液面形成冷凍油層，不能回到壓縮機、油分離器，造成油分離器低油位停機故障。

（5）油分離器內部故障：

油分離器整體焊接，進氣側與壓縮機排氣口法蘭連接，排氣側與冷凝器之間連接蝶閥的法蘭連接。制冷劑氣體在油分中的流動方向如原理圖中的箭頭所示。

①二級油分濾芯固定不可靠塌落；一級油分焊接部位脫落，含有冷凍油微粒的制冷劑氣體未經過濾網分離直接進入冷凝器，大量潤滑油的油滴不能有效分離。

②一級油分離器內部90°彎頭脫落、斷裂。造成壓縮機排入的過熱氣體未經過90°彎頭在離心力作用下分離，一級分離的效果大幅下降，形成油分離器分離效果遠達不到88-92%潤滑油被分離進入油槽，在大負荷制冷是油分離器油位急劇下降。

4 故障排查

（1）機組長時間低負荷運行：查看機組運行參數記錄表，及現場檢查機組運行工況、運行參數。發現冷凍水設定出水溫度為9℃，實際出水溫度為11℃，有2℃溫差，按機組控制邏輯，壓縮機應該加載，而實際運行狀況是不能加載，若執行加載，就隨時出現低油位停機。因此可以排除機組長時間低負荷運行的存在可能。

（2）制冷劑充注過量：若制冷劑充注過量，機組運行時就會出現排氣過熱度小于正常值10-15℃以上且壓縮機吸氣帶液。吸氣過熱度接近飽和蒸發溫度，油分離器中能觀察到油位以下的油中有大量制冷劑氣體溢出。通過檢查記錄運行參數、現場檢測、檢查發現排氣過熱度均在20℃以上，吸氣過熱度在0.5-1℃正常范圍，故排除制冷劑充注過量同時也排除制冷劑不足的可能。

（3）油分離器內部故障。

①油分離器內一級分離過濾網與筒體內部固定支撐點焊接處有部分脫落；濾網變形；一級分離部分分離失效，導致部分壓縮機排出氣體不通過過濾網短路直接進入二級油分，造成分離效果差。若此情況存在，機組運行中就會造成油分離器異常震動。檢查、檢測機組運行正常，通過手感、聽筒聽，且使用手持振動儀在油分離器外部檢測振動情況，未發現異常，符合設計參數。通過油分離器上的2個視鏡觀察內部，一級分離過濾網正常，未發現脫落、變形。所以該原因可以排除。

②二級分離過濾芯固定螺帽松脫，過濾芯脫落吊下，二級分離失效，帶有部分未分離冷凍油的制冷劑氣體直接進入冷凝器。通過輔助油槽上的視鏡觀察，二級分離過濾網固定完好，沒有異常發生，可以排除此種可能。

③一級分離90°彎頭焊接處脫落斷裂，壓縮機排出氣體高速沖撞于彎頭上，機組運行期間，連續沖撞不停。該部位的90°彎頭是通過焊接與筒體連接為一體，在工廠制作完成，該部位外部觀察不到。排除前述各種可能原因。確認該油分離器故障的原因是：一級分離90°彎頭焊接處斷裂脫落。

要確認對故障原因分析、判斷正確性，且用戶接受結論：在不移開壓縮機或油分離器的情況無法檢查其內部結構故障情況。須要移開壓縮機或油分離器，該工作量大，且需要協調用戶停產，而用戶當時不能停產。

5 檢查確認驗證分析、判斷準確性

2014年12月初用戶全廠設備停產檢修、檢查。在回收該機組制冷劑，移開壓縮機通過檢查油分進氣側入口確認前期分析、判斷的結論的正確性。

檢查結果：油分離器內部一級分離90°彎頭焊接處斷裂脫落。

2015年9月用戶協調該設備停產更換新油分離器。更換機組運行參數如表2所示。

表2 更換油分離器后機組運行參數

更換油分離器后該機組365天每天24小時運行，正常運行到現在已超過18個月，該機組再未出現低油位現象，機組運行正常。

6 結論

通過該機組調試后運行正常，但運行一段時間后出現油分離器低油位故障保護停機，機組雖能通過操作人員限制冷負荷部分運行，可不能在設計的滿足狀態運行，也不能滿足用戶生產對冷負荷的要求。通過分析可能造成故障原因并逐步排查，找出故障的真正原因為油分離器一級90°彎頭斷裂脫落。在更換油分離器后恢復機組在設計工況下正常運行。作為一名在服務一線工作的技術服務人員，在機組運行中會有未曾遇到過的問題，用戶希望我們在有限的時間內，要求在現場盡快查找到故障原因并制定方案，恢復機組正常運行，滿足用戶對制冷、空調的要求。在這種情況下工作，要求我們一線服務技術人員要有冷靜分析、判斷解決問題的能力。

[1] 馮健美,暢云峰,張勇,等.噴油壓縮機臥式油氣分離器特性的數值模擬及使用研究[J].西安交通大學學報,2008,42(5):561-565.

[2] 陳文卿,馬元,彭學院.制冷壓縮機基礎理論研究與關鍵技術開發[J].制冷學報,2010,(4):18-25.

[3] 蘭爭真,嚴泉.螺桿制冷壓縮機故障的分析與處理[J].機械,2013,40(9):75-77.

[4] 左世海.螺桿式機組油分離器的設計、應用分析及發展方向[J].制冷與空調,2011,(4):19-25.

[5] 劉憲英,陳建萍.對螺桿式冷水機組相關問題的討論[J].暖通空調,2002,32(2):56-59.

[6] 郭朝暉.螺桿式冷水機組失油故障的處理方法探討[J].暖通空調,2001,31(2):89-90.

[7] 付曙祥,金濤.螺桿制冷機油分跑油故障的分析及對策[J].制冷與空調,2008,8(1):103-104.

[8] 胡爽.螺桿壓縮機式制冷機組性能綜合評價的基本原則[J].建筑節能,2007,35(201):14-16,25.

[9] 施俊豐,王芳,鄔志敏.過渡性季節螺桿式冷水機組“跑油”故障分析及處理[J].制冷,2008,27(104):85-86.

Analysis of Low Oil Level Fault in Horizontal Oil Separator of Screw Unit

Cui Yongliang

( YORK(China)Commercial Co., ltd, Chengdu Branch, Chengdu, 610041 )

In the operation of the unit horizontal screw oil separator fault may cause low oil level, from the theory analysis, from simple to complex, one by one out there is no reason, find the real reason.Troubleshooting problems, reasons for making the plan, troubleshooting, and restore the normal operation of the unit under different load.

screw unit; horizontal oil separator; low oil level; low load; refrigerant filling excess; shortage of refrigerants

1671-6612（2018）01-064-04

TB657.9

A

崔永亮（1963.01-），男，大專，一級注冊建造師（機電），E-mail：yongliang.cui@jci.com

2017-05-13