淺談天然氣制冷裝置中丙烷螺桿壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行

紀(jì)海澎

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司，黑龍江 大慶 163416）

1 機(jī)組參數(shù)簡(jiǎn)介

大慶油田近期實(shí)現(xiàn)了松遼盆地陸相頁(yè)巖油的重大戰(zhàn)略性突破。其中開發(fā)建設(shè)的大慶古龍頁(yè)巖油工程是典型的工程，為提高綜合開發(fā)效益同步建設(shè)了天然氣古頁(yè)1 號(hào)站淺冷裝置，站內(nèi)丙烷螺桿壓縮機(jī)制冷機(jī)組為首批建設(shè)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，壓縮機(jī)為雙螺桿式，轉(zhuǎn)速為2985r/min，制冷介質(zhì)是丙烷氣，理論排量為1270m3/h，制冷量為300kW，配用電機(jī)功率為280kW，制冷量調(diào)節(jié)方式是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，制冷量調(diào)節(jié)范圍是10%～100%，吸氣管直徑200mm，排氣管直徑100mm；首次加油量416L，首次丙烷填充量750kg。

2 壓縮機(jī)組工作原理

丙烷在蒸發(fā)器中汽化后進(jìn)入壓縮機(jī)入口，被壓縮后溫度升高，去冷凝器冷卻，冷凝后變成液體，然后進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器內(nèi)。經(jīng)濟(jì)器中的氣態(tài)丙烷返回壓縮機(jī)中段進(jìn)一步進(jìn)行壓縮，液體從經(jīng)濟(jì)器流出，進(jìn)入膨脹閥，壓力降低同時(shí)溫度降低，然后進(jìn)入蒸發(fā)器，氣相進(jìn)入壓縮機(jī)入口。在蒸發(fā)器中，液體丙烷從換熱管內(nèi)流動(dòng)的天然氣中吸收熱量。丙烷吸熱后汽化，汽化的丙烷從蒸發(fā)器的頂部流出，回到壓縮機(jī)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3 螺桿制冷壓縮機(jī)組潤(rùn)滑與控制

3.1 壓縮機(jī)組的潤(rùn)滑油系(螺桿壓縮機(jī)潤(rùn)滑油流程圖見圖1）

圖1 螺桿壓縮機(jī)潤(rùn)滑油流程圖

3.1.1 預(yù)潤(rùn)滑

在啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)，預(yù)潤(rùn)滑油泵給壓縮機(jī)的各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)、內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥以及能量滑閥的減載提供壓力油，壓縮機(jī)運(yùn)行正常后，當(dāng)排氣壓力與吸氣壓力的壓差大于等于0.45MPa 時(shí)，預(yù)潤(rùn)滑油泵停止運(yùn)行；當(dāng)排氣壓力與吸氣壓力的壓差小于等于0.35MPa 時(shí)，預(yù)潤(rùn)滑油泵運(yùn)行。

3.1.2 壓差供油

壓縮機(jī)啟動(dòng)完成后，排、吸氣壓差提供了機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的供油動(dòng)力。油分離器中分離出的油，經(jīng)過油冷卻器、過濾器、油壓調(diào)節(jié)閥，流向各注油點(diǎn)，最終隨制冷劑（氣態(tài)）一起排至油分離器內(nèi)。

（1）控制與保護(hù)。SRM-20LBN-S-EX 型丙烷壓縮機(jī)組保護(hù)設(shè)置為：吸氣過濾器壓差報(bào)警值0.3H(bar)，停機(jī)值1HH(bar)；排氣壓力報(bào)警值15.5H(bar)，停機(jī)值16.5HH(bar)；油過濾器壓差報(bào)警值1H(bar)，停機(jī)值1.5HH(bar)；吸氣壓力停機(jī)值-0.5LL(bar)；排氣溫度報(bào)警值85H(℃)，排氣溫度停機(jī)值90HH(℃)；供油溫度報(bào)警值63H(℃)，停機(jī)值70HH(℃)；壓縮機(jī)電流報(bào)警值365H(A)，停機(jī)值390HH(A)；電機(jī)軸承溫度報(bào)警值90H(℃)，停機(jī)值95HH(℃)；電機(jī)定子溫度報(bào)警值135 H(℃)，停機(jī)值145HH(℃)；油加熱器啟/停溫度：25 L（℃）啟，40H（℃）停。

（2）冷凍油充注方法。抽真空加油，采用內(nèi)徑φ20 的油管，一端直接插入并卡在加油管連接頭上，用金屬扎帶扎緊就可以對(duì)機(jī)組抽真空加油，系統(tǒng)真空度至-0.1 ～-0.07MPa。采用外置增壓泵加油，加油口（見圖1）閥門的連接螺紋為內(nèi)螺紋NPT3/8，可用鋼制管卡套接頭和加油口閥門連接，把潤(rùn)滑油打進(jìn)機(jī)組。

4 潤(rùn)滑油系統(tǒng)主要設(shè)備

4.1 臥式油分離器（見圖2）

圖2 臥式油分離器

分離壓縮機(jī)排氣中攜帶的潤(rùn)滑油，凈化進(jìn)入冷凝器的制冷劑氣體，降低油的消耗，避免潤(rùn)滑油進(jìn)入冷凝器而降低冷凝器的傳熱效率。

若機(jī)組運(yùn)行存在回液，不僅可能造成壓縮機(jī)的損壞，同時(shí)還會(huì)造成排氣溫度過低，影響油分離器的分離效果。

4.2 熱虹吸油冷器（見圖3）

圖3 （熱虹吸式管殼式油冷器）

丙烷制冷機(jī)組的油冷器應(yīng)用了熱虹吸效應(yīng)，熱虹吸效應(yīng)是利用加熱使液體部分汽化，形成企業(yè)混合物，密度變小，利用密度差作為動(dòng)力來(lái)完成的過程。其原理為以熱為動(dòng)力產(chǎn)生的虹吸現(xiàn)象。虹吸式換熱器里液體被加熱后，體積膨脹，密度變小變輕從而上升，周圍冷的液體來(lái)補(bǔ)充，形成循環(huán)。利用氣象和液相的密度差作為動(dòng)力形成循環(huán)。

4.3 油過濾器（見圖4）

圖4 （油過濾器結(jié)構(gòu)）

經(jīng)過油分、油冷的冷凍油帶有雜質(zhì)，油過濾器可對(duì)這些雜質(zhì)進(jìn)行有效過濾，防止雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)。

4.4 壓縮機(jī)齒輪油泵

壓縮機(jī)開機(jī)階段對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑，因機(jī)組采用的供油方式為差壓供油，所以在壓縮機(jī)正常運(yùn)行后油泵關(guān)閉。油泵在壓縮機(jī)組運(yùn)行中的作用是增加油壓。常采用齒輪泵或轉(zhuǎn)子泵。開機(jī)前，要先檢查油泵旋轉(zhuǎn)方向。油泵齒輪或轉(zhuǎn)子磨損嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致油壓不足，必須檢修或更換；油泵軸封漏油也必須檢修或更換。

4.5 潤(rùn)滑油加熱器

單管加熱，加熱棒直接和潤(rùn)滑油接觸進(jìn)行加熱，無(wú)加裝金屬外套。電壓為220V，功率為500W。自帶溫度控制器，溫度控制范圍：35℃±5℃。機(jī)組停機(jī)期間，此加熱器可以維持油分內(nèi)油溫不至于過低而影響下一次開機(jī)，維持油分離器內(nèi)油溫不低于30℃。

4.6 油壓調(diào)節(jié)閥

油壓調(diào)節(jié)閥的作用是調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油的供油壓力。如果進(jìn)入壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油壓力過高，會(huì)使噴油量過大，不但會(huì)影響壓縮機(jī)的吸氣量，還會(huì)加大壓縮機(jī)的能耗，并且使軸端機(jī)械密封的漏油可能性增加；油壓過低，會(huì)使噴油量過小，影響機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

油壓調(diào)節(jié)閥一般位于油泵進(jìn)、出油管之間，一般是彈簧式的。當(dāng)油泵出口壓力高于油壓調(diào)節(jié)閥設(shè)定值時(shí)，油壓會(huì)頂開調(diào)節(jié)閥的密封活塞，使一部分油流回到進(jìn)油管線或油氣分離器，使油壓降低。在剛開油泵或油溫比較低時(shí)，油壓會(huì)比較高，能夠達(dá)到0.40 ～0.65MPa，此時(shí)，不需要調(diào)整油壓調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值。等到機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行要求，將油壓調(diào)整到適當(dāng)值。

4.7 集油器

集油器設(shè)有4 個(gè)電磁閥，1 臺(tái)液位開關(guān)，1 個(gè)1kW的電加熱器。電磁閥1 控制從蒸發(fā)器的來(lái)油；電磁閥2控制集油器閃蒸出的丙烷氣至蒸發(fā)器頂部；電磁閥3 控制著從熱虹吸罐頂部的補(bǔ)壓氣至集油器；電磁閥4 控制著從集油器脫出完丙烷的冷凍機(jī)油回到壓縮機(jī)入口。

具體流程為：（1）啟機(jī)12h 后，蒸發(fā)器的來(lái)油電磁閥1 打開，當(dāng)液位達(dá)到液位開關(guān)設(shè)定值時(shí)，電加熱器開始工作；（2）同時(shí)集油器閃蒸出的丙烷氣至蒸發(fā)器頂部的電磁閥2 打開，加熱器維持運(yùn)行2h；（3）從熱虹吸罐頂部的補(bǔ)壓氣至集油器的電磁閥3 打開；（4）同時(shí)從集油器脫出完丙烷的冷凍機(jī)油回到壓縮機(jī)入口的電磁閥4 打開，持續(xù)5min，脫出完丙烷的冷凍機(jī)油回到壓縮機(jī)入口。

5 滑油系統(tǒng)的注意事項(xiàng)和常見故障及處理

5.1 壓縮機(jī)缺油

故障分析：（1）加油量不足；（2）油分離器分離效果不佳；（3）油分離器回油量不足；（4）蒸發(fā)器積油。

處理方法：（1）補(bǔ)充冷凍機(jī)油；（2）查明原因，進(jìn)行處理；（3）檢查回油管路；（4）檢查回油管路。

5.2 油壓差開關(guān)動(dòng)作

故障分析：（1）油過濾器堵塞；（2）油壓差變送器的引壓管堵塞。

處理方法：（1）清理油過濾器，更換油濾芯；（2）清理疏通油壓差引壓管。

5.3 油泵過載

處理方法：（1）啟動(dòng)潤(rùn)滑油加熱器，將油加熱20～30℃；（2）盤車檢查油泵；（3）檢查并更換軸承。

5.4 油溫異常的處理方法

壓縮機(jī)組的供油溫度一般控制在40 ～50℃，油溫到63℃壓縮機(jī)組會(huì)預(yù)報(bào)警，到70℃直接停機(jī)。機(jī)組運(yùn)行中，對(duì)于熱虹吸油冷，若出現(xiàn)油溫超高報(bào)警，可能原因是冷凍油進(jìn)入了油冷管程或制冷劑氣體進(jìn)入了油冷的殼程，影響了油冷的換熱。處理辦法是通過管程排污閥把冷凍油排出和殼程排空閥把制冷劑氣體排出。

5.5 油過濾器的注意事項(xiàng)

油過濾器濾芯采用GTY 系列高效梯度油過濾芯。采用折疊過濾結(jié)構(gòu)。雙層過濾，粗濾精度：50μm（300 目），精濾精度：10μm（1500 目）。過濾效率：99%。濾芯流體流向：內(nèi)進(jìn)外出。過濾器濾芯需要定期拆卸下來(lái)進(jìn)行清洗或更換。

第一次運(yùn)行100h 后進(jìn)行清洗或更換，第二次應(yīng)在運(yùn)行700h 后進(jìn)行清洗或更換。以后正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，濾芯必須根據(jù)油的實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行清洗或更換，更換濾芯時(shí)，檢查前后O 型圈是否安裝完好。機(jī)組排氣壓力與供油壓力的壓力差達(dá)到1.5bar 時(shí)，過濾器可能已堵塞，需檢查更換。

5.6 油分濾芯更換注意事項(xiàng)

油氣分離濾芯安裝不到位是引起壓縮機(jī)組正常運(yùn)行情況下跑油的主要原因，需按照?qǐng)D5 中的正確安裝方式進(jìn)行安裝。

圖5 （油分濾芯更換方法）

6 結(jié)語(yǔ)

丙烷壓縮機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)在壓縮機(jī)組中占據(jù)關(guān)鍵地位，弄懂弄通丙烷壓縮機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)是對(duì)潤(rùn)滑油系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)和故障排查的前提條件。在機(jī)組的日常運(yùn)行中，一定要高度重視潤(rùn)滑油系統(tǒng)，只有潤(rùn)滑油系統(tǒng)得到充分保障，壓縮機(jī)組才能平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。愿本文對(duì)于從事丙烷機(jī)組運(yùn)維的同事有所借鑒。