SA250W-T型螺桿空壓機潤滑油相關(guān)事故剖析

王超群

(三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200)

公司現(xiàn)有北京復(fù)盛機械有限公司生產(chǎn)的SA250W-T型螺桿空壓機5臺，運行十?dāng)?shù)年不等。在此期間，出現(xiàn)數(shù)起與螺桿空壓機潤滑油有關(guān)的設(shè)備故障，無外乎螺桿泵軸承、冷卻器外腔、油管、氣閥積炭、結(jié)垢、結(jié)焦；高溫高壓氧化變質(zhì)生成酸類、膠質(zhì)等物質(zhì)， 油品顏色變深、酸值增加、黏度變大且出現(xiàn)沉積物；油氣分離不清，油中含水，產(chǎn)生乳化現(xiàn)象等等。以上問題的出現(xiàn)都會輕易歸咎為潤滑油品質(zhì)上，但通過螺桿空壓機潤滑油事故分析，可以得出不同的結(jié)論。

1 空壓機潤滑油使用現(xiàn)狀

螺桿空壓機型號：SA250W-T，排氣量38.2 m3/min，額定/最大排氣壓力1.0～1.05 MPa，電機功率250 kW，電機轉(zhuǎn)速1490 r/min。潤滑油選用國內(nèi)原廠家提供專用高級冷卻液，潤滑油使用壽命為4000 h。螺桿空壓機制造商提供的品牌油實測數(shù)據(jù)：外觀水白色，運動黏度49.18（40℃）mm2·s-1，黏度指數(shù)103，酸值0.031 mgKOH·g-1，閃點238℃，基礎(chǔ)油類型礦物油。

近兩年來，螺桿空壓機潤滑油運行情況良好，查閱相關(guān)空壓機換油記錄，專用油使用壽命3700～4200 h不等。潤滑油氧化安定性、殘?zhí)啃阅?、抗乳化性能、抗泡沫性能都有較好表現(xiàn)，這與空壓機日常巡檢、維護、保養(yǎng)到位有直接關(guān)系。

在此之前，空壓機潤滑油多次出現(xiàn)非正常事故，下面進行逐一闡述。

2 空壓機換油造成事故

2.1 事故描述

2010年4月，公司2#空壓機出現(xiàn)故障，排氣溫度升高并發(fā)出刺鼻氣味，立即停機檢查。經(jīng)現(xiàn)場落實，該設(shè)備一直使用原廠提供“復(fù)盛”空壓機專用油，潤滑油達到更換周期后，因一段時間以來，因價格、貨款等原因，原廠潤滑專用油一直沒到位，為不影響生產(chǎn)，操作人員改用1#空壓機使用的“冰輪”牌專用油，而沒有將2#空壓機油路、冷卻器、油氣筒、機頭清洗干凈，只是簡單地講原來的油排除后就加注新油，運行不到1個月發(fā)生此次事故。

2.2 事故分析

事故發(fā)生后先查看玻璃油標(biāo)，潤滑油由原來透明水白色變成渾濁、橙黃色，立即對設(shè)備進行拆卸檢查，有刺鼻氣味，油氣筒放出的冷凝水有墨綠色油花，打開進氣閥觀察螺桿、拆卸油管、溫控閥、油氣筒等部位，發(fā)現(xiàn)都有不同程度油垢、結(jié)焦情況（如圖1），進一步檢查發(fā)現(xiàn)油細(xì)分離器積炭、阻塞。在此之前，潤滑油一直按照油品使用周期更換，本次只運行700 h潤滑油就變質(zhì)、失效。經(jīng)對油品取樣進行化驗，對生成的黑色膠狀物質(zhì)進行檢測，數(shù)據(jù)如下：

外觀渾濁、橙黃中有黑色膠質(zhì)物，運動黏度75.29（40℃）mm2.s-1，黏度指數(shù)114，總酸值5.3 mgKOH.g-1，液相嚴(yán)重銹蝕，顆粒污染度NAS等級14（新油8級左右），漆膜傾向指數(shù)19.6（新油2.2左右）。根據(jù)油品GB11120—2011 L-TSA46 A級檢驗標(biāo)準(zhǔn)，從檢測數(shù)據(jù)可以看出，取樣油品運動黏度超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)41.4～50.6 mm2.s-1），酸度嚴(yán)重超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)≤0.2 mgKOH.g-1），防銹性能下降，漆膜指數(shù)增加，用油中含有極性不溶物顆粒。

圖1 油氣筒內(nèi)壁結(jié)垢圖片

“復(fù)盛”新油和取樣油對比表明，取樣油抗氧化劑迅速消耗，并產(chǎn)生大量酸性物質(zhì)，圖片顯示的黑色膠質(zhì)物為空壓機油嚴(yán)重劣化生成的氧化產(chǎn)物。換油時，沒有對系統(tǒng)進行清洗，造成空壓機油路系統(tǒng)內(nèi)至少殘留10 kg以上原“復(fù)盛”空壓機油，兩種油品的混用，不同性能的添加劑發(fā)生反應(yīng)造成油品早期失效。

2.3 解決措施

SA250W-T型螺桿空壓機是全封閉噴油空壓機，排氣溫度高達90℃，要求潤滑油可以長期在高溫環(huán)境下工作，對潤滑油的抗氧化性能要求也非常高，因此，要求使用原廠提供的專用螺桿空壓機超級冷卻液。

找出空壓機事故原因后，采取如下措施：

（1）換油要在空壓機停機不久，油溫較高情況下打開泄油閥，將油路、冷卻器、油氣筒內(nèi)廢油排盡。

（2）使用專用油污清洗劑對油路系統(tǒng)各部位浸泡4 h，再使用攪拌器進行循環(huán)清洗，去除油路各部位油垢及殘留廢油，最后使用高壓水沖洗干凈。

（3）檢查更換油細(xì)分離器、油濾、空氣濾芯。

（4）試運行6～8 h，將油排除，同時拆下油濾、油細(xì)分離器清洗，再加注“復(fù)盛”空壓機專用潤滑油，設(shè)備可投入正常運行。

3 潤滑油乳化事故

3.1 事故描述

2014年9～10月底的一段時間，通過檢查潤滑換油記錄，發(fā)現(xiàn)3#空壓機潤滑油沒有達到使用壽命，只運行了2050 h，油位表就模糊不清，初步判斷可能是外因造成的潤滑油出現(xiàn)問題。同時，3#空壓機劇烈振動，于11月3日，機頭抱死停機。立即采集油樣進行檢測，發(fā)現(xiàn)3#空壓機潤滑油中含有大量水分，取樣的瓶中已經(jīng)出現(xiàn)了油水分離，說明潤滑油已經(jīng)嚴(yán)重乳化變質(zhì)。

3.2 事故分析

SA250W-T型螺桿空壓機潤滑油乳化會使螺桿、軸承表面無法形成起潤滑作用的油膜，造成螺桿、軸承磨損損壞，帶來空壓機排氣效率降低、打風(fēng)時間延長。潤滑油乳化還能造成螺桿空壓機機頭抱死、電機燒壞等事故發(fā)生。以上設(shè)備事故的發(fā)生很可能是維護保養(yǎng)不到位，設(shè)備長時間帶病運行造成的結(jié)果。

為了分析事故原因，首先要了解螺桿空壓機的工作原理，如圖2所示。其工作過程可分為吸氣過程、封閉及輸送過程、壓縮過程及噴油過程、排氣過程4個階段。外部空氣經(jīng)空氣濾清器、進氣止回閥吸入壓縮機機體內(nèi)；同時，由于壓差的作用，潤滑油經(jīng)油過濾器被吸入壓縮機機體，用來冷卻、潤滑和密封，此時，空氣和潤滑油被壓縮成混合氣體噴入油氣桶內(nèi)，沖擊油氣筒內(nèi)壁和折流板后，進行第一次油氣分離，99%的潤滑油會形成油滴與空氣分離。接著，含油的壓縮空氣通過油細(xì)分離器進行第二次精細(xì)分離，經(jīng)過兩次分離后的純凈壓縮空氣進入冷卻器后被輸送到壓縮空氣系統(tǒng)[1]。

螺桿潤滑油發(fā)生乳化的三個必要條件：一是水和油兩種不溶液體混合；二是存在膠泥、酸皂等加速乳化的物質(zhì)；三是具備強力壓縮、不斷聚集和分離、快速循環(huán)的能量。其中，水分和快速壓縮循環(huán)是潤滑油產(chǎn)生乳化的主要原因，其中，空壓機潤滑油快速壓縮循環(huán)是正常工作狀態(tài)，看來，水分是造成空壓機潤滑油乳化的最根本和最直接原因。

外界冷卻循環(huán)水進入油冷卻器和后冷卻器，若管路破裂，油氣和水直接混合會造成空壓機立即停機，此原因可以排除。只有壓縮空氣產(chǎn)生的冷凝水對潤滑油造成乳化這一可能性。

3.2.1 油氣分離、排氣系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)流程圖如圖3主要由油氣分離器、壓力維持閥、安全閥、后冷卻器、水分離器和壓縮空氣管路組成。壓力維持閥主要有三個作用：一是在油氣分離器內(nèi)形成油循環(huán)最小壓力；二是當(dāng)空壓機停機時，該閥立即關(guān)閉，防止壓縮空氣返回油箱；三是配合溫控閥的動作，使油箱溫度迅速達到規(guī)定工作溫度。壓力維持閥打開壓力設(shè)置為0.4 MPa，油氣分離器中壓力超過維持閥設(shè)定壓力，壓力閥打開，保持分離器內(nèi)的壓力，保持分離效果，保持潤滑油正常循環(huán)壓力。若維持閥出現(xiàn)泄漏，壓縮空氣管路中空氣逆流，在油氣筒內(nèi)冷卻后產(chǎn)生冷凝水，不斷產(chǎn)生的冷凝水聚集在油氣筒底部，潤滑油含水，油水分層，長時間會造成潤滑油乳化變質(zhì)。

圖2 SA250W-T型螺桿空壓機系統(tǒng)流程圖

圖3 油氣分離系統(tǒng)流程圖

經(jīng)拆卸檢查，壓力維持閥狀況如新，內(nèi)部清潔，無結(jié)油垢，動作靈活可靠，密封面沒有磨損，運行過程中，對壓力維持閥前端通過單獨安裝壓力表測試，壓力維持0～4 MPa沒有變化，穩(wěn)定性較好，初步判斷壓力維持閥無故障。

3.2.2 潤滑油系統(tǒng)分析

該系統(tǒng)流程圖如圖4由油氣分離器、油冷卻器、溫控閥、過濾器和管路組成。壓縮空氣和油的混合氣體進入油氣筒內(nèi)油氣分離器，潤滑油和排氣溫度一致，通過油冷卻器降溫再進入空壓機循環(huán)使用。要使空氣中的水分不發(fā)生凝結(jié)，排氣溫度又規(guī)定在一定范圍（78～93℃），溫控閥起到關(guān)鍵作用。空壓機溫控閥設(shè)定值為80℃，并保持潤滑油溫度為恒定值，若油溫超過設(shè)定值，潤滑油經(jīng)過油冷卻器冷卻后并過濾重新進入空壓機機體。此時，空氣中的水分呈汽態(tài)，工作過程中，含有水分的混合氣體經(jīng)由汽水分離器、壓力維持閥、后冷卻器、水分離器，通過排氣口排出，從而達到排水的目的。當(dāng)環(huán)境溫度30℃、相對濕度90%、排氣壓力1 MPa（絕對壓力）時，壓力露點為74.5℃，當(dāng)空壓機剛啟動建立溫度過程中，或者是溫控閥過早開啟，排氣溫度低于此溫度，空氣中水分發(fā)生凝結(jié)，潤滑油中含水，長期運行導(dǎo)致油品乳化變質(zhì)，變質(zhì)潤滑油致使螺桿、軸承得不到充分潤滑，直至發(fā)生機頭抱死事故。

圖4 潤滑油系統(tǒng)流程圖

經(jīng)原因分析后，現(xiàn)場查看空壓機相關(guān)數(shù)據(jù)記錄進行驗證，發(fā)現(xiàn)空壓機停機前出現(xiàn)噴油和排氣溫度不穩(wěn)定，變化較頻繁，有忽上忽下的現(xiàn)象。據(jù)此，初步判斷可能是溫控閥出現(xiàn)故障。

3.3 解決措施

拆卸溫控閥，發(fā)現(xiàn)溫控閥閥桿有磨損現(xiàn)象、且有膠垢凝聚在彈簧、閥桿和閥座上，使用專用油污清洗劑也很難浸泡、清除干凈，尤其是彈簧彈力經(jīng)按壓后，彈性不足，有疲勞傾向。于是，更換新的溫控閥，同時對油路系統(tǒng)進行清理、更換油濾等部件，重新啟動空壓機，經(jīng)1 h運行觀察，空壓機排氣溫度、排氣壓力、潤滑油溫度等各項運行參數(shù)指標(biāo)完全正常，溫控閥出現(xiàn)故障的分析得到充分驗證。同時，要采取如下防范措施：

（1）油位表不清要及時處理，保證油位指針在中間綠色區(qū)域，偏左要及時補油，偏右要及時放油。

（2）潤滑油出現(xiàn)初期乳化，檢查油位啟動空壓機打風(fēng)，若出現(xiàn)聲音異常、振動、機體溫度過高等現(xiàn)象，要立即停機并及時檢查設(shè)備故障并排除。

（3）乳化換油要在暖機狀態(tài)下進行，將已經(jīng)乳化的潤滑油排放干凈，并使專用清洗機清洗油路系統(tǒng)，使用相同品牌潤滑油進行更換。

（4）螺桿空壓機的日常檢查、維護保養(yǎng)將直接影響到空壓機工作狀態(tài)和設(shè)備隱患的有效控制，尤其要做好空壓機油液檢測和振動檢測等常規(guī)檢測，及時消除設(shè)備故障隱患，避免設(shè)備意外停機、甚至出現(xiàn)設(shè)備事故。

4 潤滑油跑油事故

4.1 事故描述

2016年7月，日常巡檢發(fā)現(xiàn)4#空壓機潤滑油補充量增大，經(jīng)查看潤滑油加油記錄本：數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下：7月3日，添加潤滑油8 L；7月11日，添加潤滑油10 L；7月18日，添加潤滑油10 L，統(tǒng)計運行時間約360 h，加油量合計28 L，設(shè)備消耗潤滑油劇增，無法運行，停機。對空壓機外觀進行檢查，設(shè)備管路、閥門無明顯泄漏或滲油點，用干凈杯子或礦泉水瓶從水分離器排水口接取水樣，靜置幾分鐘，發(fā)現(xiàn)存在點狀或油膜狀潤滑油點附在容器內(nèi)壁，同時有少量“油花”在水面漂浮，同時檢查室外供氣儲罐排污量，較之前正常情況水中含油量明顯增加。 通過以上現(xiàn)象初步判斷：空壓機產(chǎn)生跑油事故。

4.2 事故分析

4.2.1 跑油量計算

噴油螺桿空壓機要求經(jīng)過油氣分離器到達排氣出口的殘油含量不超過3×10-6g/L,若超過此限制，稱之為耗油量大，即為跑油。我們設(shè)定：在標(biāo)準(zhǔn)1個大氣壓、溫度273 K、空氣密度1.293 kg/m3、潤滑油密度860 kg/m3，運行360 h，

則正常耗油量Q=1.293 g/L×38.2×103L/min×60 min×360 h×3×10-6g/L/(0.86×103)g/L=3.72 L。

異常跑油量Q1=28–3.72=24.28 L。

異常排氣含油量ρ=28×0.86×103/(1.293×38.2×103×60×360)=22.57×10-6g/L,與正常殘油含量相比，超標(biāo)6.5倍。

4.2.2 事故分析

根據(jù)空壓機維護手冊，排氣跑油要從油氣分離器質(zhì)量、潤滑油品質(zhì)、油位、回油管路、設(shè)備運行溫度、最小壓力閥等著手分析，具體如下：

（1）油氣分離器。設(shè)計不規(guī)范，進油分前油霧濃度高，油氣分離效果不高，造成油耗增加。此機臺系成熟產(chǎn)品，不存在設(shè)計問題，排除。

（2）潤滑油一直使用原廠配套專用高級冷卻液，使用性能一很穩(wěn)定，運行壽命4000 h左右，排除潤滑油品質(zhì)問題。

（3） 加油過多，機內(nèi)油位過高，會造成多余的潤滑油隨壓縮空氣氣流帶走，耗油增大。經(jīng)檢查，雖然系統(tǒng)跑油嚴(yán)重，然而添加及時，油標(biāo)始終處于綠色區(qū)域，沒有出現(xiàn)添加過量造成油位偏高現(xiàn)象。

（4）若回油管堵塞，則積聚在油氣筒底部潤滑油無法回到機頭 ，并隨空氣氣流帶走，油耗量增加。拆卸回油管路，使用專用清洗劑仔細(xì)清洗、疏通回油管，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。

（5）由于油冷卻器冷卻效果不好，設(shè)備運行溫度過高，超過限制值93℃，潤滑油微粒與氣相分子具有相同數(shù)量級直徑，油氣分離器無法分離，造成跑油。經(jīng)現(xiàn)場驗證，設(shè)備穩(wěn)定運行在77～90℃之間，排除此可能性。

（6）最小壓力閥故障。若最小壓力閥密封處有泄漏點或最小壓力閥提前開啟，在運行初期建立油氣筒壓力的時間會延長，此時處于低壓狀態(tài)的氣態(tài)油霧濃度高，通過油氣分離器速度快，負(fù)荷加大，分離效果降低，導(dǎo)致耗油增大，出現(xiàn)跑油。經(jīng)拆卸檢查最小壓力閥，發(fā)現(xiàn)壓力閥密封墊出現(xiàn)一小塊2～3 mm大小的膠皮破損，初步判斷是最小壓力閥出現(xiàn)故障造成跑油事故。

（7）造成跑油事故的發(fā)生，還可能是空壓機超負(fù)荷運行，油氣混合物經(jīng)過分離器時速度加快，油霧濃度過高，油氣分離器負(fù)荷過重，造成耗油量增加。公司現(xiàn)有5臺相同規(guī)格的空壓機，通常情況是2開3備，設(shè)備富余量大，此種情況在公司不存在。

4.3 采取措施

從以上分析可以判斷，造成空壓機跑油的根本原因是最小壓力閥密封不嚴(yán)，壓力保持不住造成的。通過應(yīng)急聯(lián)系原廠家提供備件更換，設(shè)備重新投入運行，運行200 h后檢查，設(shè)備運行溫度77～84℃之間，供氣壓力維持在0.85 MPa左右，目測油位與設(shè)備重新投用時標(biāo)記油位變化不大。再經(jīng)過1000 h運行，潤滑油油位下降，加油10 L后，油標(biāo)回到原位,根據(jù)上面公式測算正常耗油量10.34 L，說明空壓機正常耗油恢復(fù)到正常水平。

5 結(jié)語

潤滑油對于噴油式螺桿空壓機而言，具有至關(guān)重要的作用，外界因素致使?jié)櫥统霈F(xiàn)任何變質(zhì)、乳化、氧化等造成的相關(guān)事故，都會對空壓機安全、優(yōu)質(zhì)、高效運行造成嚴(yán)重影響，甚至出現(xiàn)重大設(shè)備事故。對于日常油液狀況巡檢，及時填寫潤滑油更換記錄、定期進行油液取樣檢測是十分必要的。

只有清楚掌握設(shè)備運行狀態(tài)、熟悉設(shè)備運行的原理，才能準(zhǔn)確分析并判斷設(shè)備故障原因，將設(shè)備隱患及時消除，避免設(shè)備故障停機或出現(xiàn)設(shè)備事故。

[1] 王蓮芝.螺桿式空氣壓縮機機油乳化分析 [J]應(yīng)用技術(shù)，2012(10):93.