噴油螺桿壓縮機油壓差低分析及處理

劉曉東

（寧夏寶豐能源集團股份有限公司，寧夏銀川753200）

1 引言

寧夏寶豐能源集團股份有限公司烯烴廠聚丙烯車間的丙烯回收裝置是由MTR公司設計、生產(chǎn)，其核心設備為日本前川公司生產(chǎn)的G2520LMCLBM型兩級噴油雙螺桿壓縮機，使用的是CP-1507-68牌號的潤滑油。該機組于2015年12月正式投用，運行狀態(tài)不穩(wěn)定，前后3次出現(xiàn)二級轉(zhuǎn)子高高報導致聯(lián)鎖停機，分別于2016年8月更換支撐軸承一套，2017年4月和8月更換二級止推軸承各一套。2018年4月到8月，出現(xiàn)多次壓縮機進出口潤滑油壓差低，聯(lián)鎖啟動備用泵，雙泵運行以保證壓差。經(jīng)過研究與處理，目前壓縮機進出口潤滑油壓差穩(wěn)定。下面介紹當時的原因分析及處理方法。

2 原因分析

2.1 分析可能導致壓差低的原因

在詳細查閱了有關(guān)資料及產(chǎn)品說明書，掌握了壓縮機的潤滑原理及其流程的基礎(chǔ)上，對壓縮機進出口潤滑油壓差低的原因進行了全面的分析和探討，認為導致壓差低的原因有以下幾種可能：

（1）潤滑油系統(tǒng)中閥門未到達相應的開度

壓縮機潤滑油系統(tǒng)由潤滑油泵（一開一備）、單向閥、安全閥、油冷器、調(diào)節(jié)閥、油分布器、滑閥控制系統(tǒng)、潤滑油回流罐、自力式壓力控制閥、潤滑油管線等構(gòu)成。

系統(tǒng)閥門數(shù)量多、種類多，如果其中某臺閥門沒有達到相應的開度，很有可能導致壓差低。對照PID流程圖，如圖1檢查現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)以下幾個閥門有可能導致壓縮機進出口潤滑油壓差低：

（a）自力式壓力控制閥：該閥門控制潤滑油泵出口壓力的穩(wěn)定，超過設定壓力，將潤滑油回流至潤滑油回流罐，如果該閥門的設定值較低，將導致壓縮機入口潤滑油壓力低。

（b）泵出口安全閥：該閥保證潤滑油泵出口壓力不超限，泵出口壓力高于起跳壓力，潤滑油將通過安全閥泄壓，如果該閥門的起跳壓力設定較低，將導致潤滑油泵出口壓力低。

（c）油分布器連接壓縮機各部位的截止閥：這些閥門控制潤滑油進入壓縮機各部位的流量和壓力，如果其中一臺或多臺調(diào)小開度，將導致壓縮機入口壓力低，也對壓縮機的潤滑造成影響。

（2）過濾器堵塞

丙烯回收單元回收來自脫氣倉的氣體，雖然系統(tǒng)設計了壓縮機入口過濾器，但部分低于過濾器精度（<5μm）的聚丙烯顆粒將隨工藝氣帶入潤滑油系統(tǒng)，于是潤滑油系統(tǒng)內(nèi)又設計了多重過濾器來過濾這部分固體顆粒和系統(tǒng)產(chǎn)生的雜質(zhì)。過濾器的堵塞可造成潤滑油壓力的降低。

這些過濾器包括：壓縮機入口管道過濾器、潤滑油系統(tǒng)在線過濾器（一開一備）、泵入口管道過濾器。

（3）潤滑油泵能力不足

該系統(tǒng)的潤滑油泵為三螺桿泵。三螺桿泵是容積泵，由于主螺桿與從動螺桿上螺旋槽相互嚙合及它們與襯套三孔內(nèi)表面的配合，得以在泵的進口與出口之間形成數(shù)級動密封室，這些動密封室將不斷把潤滑油由泵進口軸向移動到泵出 口，并使所輸送潤滑油逐級升壓。從而形成一個連續(xù)、平穩(wěn)、軸向移動的壓力液體。

隨著泵的運轉(zhuǎn)，主螺桿、從動螺桿、襯套三孔內(nèi)表面的間隙變大，內(nèi)漏量相應增大，泵出口的壓力降低。

（4）儀表故障

該壓差表選用的是羅斯蒙特壓差變送器，帶有就地顯示功能，如果該變送器進行數(shù)據(jù)采集時出現(xiàn)故障，那么該壓差值不準確。

常出現(xiàn)的故障有：

（a）線路故障：需要對壓差變送器接線盒的線路情況進行檢查，檢查是否存在短接等情況。

（b）引壓管故障：壓差變送器的附件數(shù)量較多，所以在使用的過程中，容易出現(xiàn)泄漏的情況；變送器內(nèi)部物質(zhì)排放不及時，或是有固體雜質(zhì)等異物的進入，當時間過長，會引起引壓管堵塞。

（5）壓縮機間隙超標

該壓縮機選用的是兩級噴油雙螺桿壓縮機。螺桿式壓縮機氣缸內(nèi)裝有一對互相嚙合的螺旋形陰陽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間和機殼與轉(zhuǎn)子之間的間隙僅為5～10道，陽轉(zhuǎn)子通過電機驅(qū)動，陰轉(zhuǎn)子是由陽轉(zhuǎn)子通過噴油形成的油膜進行驅(qū)動。螺旋轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過吸氣口時充滿氣體。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凹槽被機殼壁封閉，形成壓縮腔室，當轉(zhuǎn)子凹槽封閉后，潤滑油被噴入壓縮腔室，起密封、冷卻和潤滑作用。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)壓縮油氣混合物時，壓縮腔室容積減小，向排氣口壓縮油氣混合物。

主機部分主要包括機械密封；一、二級螺桿止推軸承；一、二級陰陽螺桿支撐軸瓦；一、二級陰陽螺桿；一、二級前軸承支撐架；一、二級螺桿支撐架；一、二級后端支撐軸承；一、二級后軸承支撐架；主螺桿傳動軸連接系統(tǒng)等組成。工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣3個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，如圖2所示。

隨著壓縮機的運轉(zhuǎn)，內(nèi)部磨損超過正常值引起泄漏，油壓差隨之降低。間隙變大可能有以下幾個方面：

（a）陰陽轉(zhuǎn)子間的嚙合間隙；

（b）轉(zhuǎn)子與氣缸的間隙；

（c）支撐軸瓦與螺桿軸的間隙；

（d）止推軸承的間隙。

（6）潤滑油油質(zhì)劣化

圖1 PID流程圖

圖2 主機剖面圖

根據(jù)手冊壓縮機選用的是CP-1507-68牌號的潤滑油，該牌號的潤滑油有很強的抵抗碳氫氣體稀釋的能力，并且含有大量的抵抗酸氣、抗磨損的添加劑。如果油質(zhì)劣化，潤滑油的抵抗烴類氣體稀釋的能力下降，工藝氣溶解于潤滑油中，隨著泵出口壓力的升高，工藝氣與潤滑油在壓縮機噴油前分離，帶氣的潤滑油導致密封、冷卻和潤滑的作用降低，加劇了壓縮機內(nèi)部的磨損。

另外，如果油冷卻器的換熱效果差，將導致潤滑油溫度高，其粘度會相應的降低，壓差也有一定影響。

表1 潤滑油檢測結(jié)果

2.2 運用排除法，找出真正原因

（1）對照流程圖，檢查現(xiàn)場閥門。自力式壓力控制閥調(diào)整后，雖然雙泵運行時的壓差能得到提升，但停備泵后壓差迅速降低至聯(lián)鎖值，因此該閥門不是引起壓差大的主要原因；對照PID，發(fā)現(xiàn)油分布器連接壓縮機驅(qū)動端軸承的一處潤滑油管線，限流孔板的旁路為打開狀態(tài)，而PID中顯示常閉，調(diào)整后，雖然在半個月的時間內(nèi)壓差得到了保證，但其值逐漸降低，最終觸發(fā)聯(lián)鎖，因此該閥門也不是主要原因。

（2）更換壓縮機入口管道過濾器、潤滑油系統(tǒng)在線過濾器、泵入口管道過濾器后，壓差無明顯變化。

（3）機修、儀表人員分別對潤滑油泵和壓差變送器進行檢查，檢查后，均為正常。

（4）取潤滑油樣送至國家風電設備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心進行分析，分析結(jié)論為：（a）潤滑油水分不符合質(zhì)量運行標準；（b）潤滑油顆粒污染度偏高。

水分伴隨工藝氣帶至壓縮機入口，并進入到潤滑油系統(tǒng)，在以往潤滑油分析中，該值一直偏高；工藝氣中同時伴有顆粒狀聚丙烯，透過過濾器進入潤滑油系統(tǒng)。

從檢驗結(jié)果表1中同時可以看出，潤滑油中銅元素含量為0.6μg/g，而銅元素存在于壓縮機推力軸承保持架與支撐軸承中，由此判斷壓縮機推力軸承或支撐軸承存在磨損的現(xiàn)象。

（5）通過對壓縮機結(jié)構(gòu)，特別是對陰陽轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)過程的潤滑機理進行了詳細分析，以及以上問題的排除，認為潤滑油壓差低的產(chǎn)生主要是由壓縮機間隙的變大引起的。即：陰陽轉(zhuǎn)子間的嚙合間隙；轉(zhuǎn)子與氣缸的間隙；支撐軸瓦與螺桿軸的間隙；止推軸承的間隙。由于間隙變大，油膜無法達到密封效果，內(nèi)泄漏相應增大，其結(jié)果必然會導致潤滑油壓差降低。

通過進一步拆檢壓縮機，測量有關(guān)間隙，并與標準間隙進行對照，見表2。

從表2中可以看出，陽轉(zhuǎn)子軸向竄量與標準間隙相比大了許多，再經(jīng)對推力軸承的檢查，發(fā)現(xiàn)軸承滾珠表面凹坑明顯、密布，推力軸承失效；陰陽轉(zhuǎn)子支撐軸承與軸頸測量間隙相比標準間隙也超過標準，檢查軸瓦發(fā)現(xiàn)有拉瓦的現(xiàn)象，且軸頸存在磨損；外殼內(nèi)徑部分磨損。由此可以判斷推力軸承與支撐軸承間隙過大是造成壓縮機油壓差低的主要原因。

3 解決方案

鑒于實際拆解狀況，對壓縮機進行以下修復：

（1）更換失效推力軸承；

（2）更換超過間隙要求的支撐軸承；

（3）軸同心度檢測修復；

（4）一、二級陰陽轉(zhuǎn)子外形及型線修復；

（5）螺桿跳動量檢測：一級陽0.014 mm，一級陰0.016 mm，二級陽0.013 mm，二級陰0.011 mm；

（6）螺桿動平衡實驗；

（7）軸承位檢測：+0.02 mm，+0.023 mm，+0.018 mm，+0.019 mm；

（8）螺桿嚙合間隙檢測修復：一級排氣端0.21 mm，一級進氣端0.51 mm；外殼0.16 mm；嚙合0.22 mm；二級排氣端0.17 mm，二級進氣端0.48 mm；外殼0.16 mm；嚙合0.21 mm；

（9）機身斷面平整度修復、內(nèi)控檢測圓柱度、光潔度；

（10）軸承孔圓柱度、光潔度；

（11）檢查更換密封；

（12）裝配調(diào)整間隙。

表2 單位：mm

表3 單位：mm

4 效果檢驗

4.1 檢修后壓縮機內(nèi)部間隙，見表3

4.2 運行情況

檢修后，滿負荷運行，壓縮機進出口潤滑油壓差穩(wěn)定（330 kPa），各項運行參數(shù)正常，潤滑油壓差低的問題得到了徹底解決。

5 結(jié)語

螺桿壓縮機潤滑油壓差低，我們往往單純認為是潤滑油系統(tǒng)的問題，其實壓縮機本身的間隙變化也是此類現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因。同時，潤滑油中的顆粒物是導致軸承磨損的根源，而工藝介質(zhì)中的該顆粒物濾除方法的改進，需要一個過程，快捷便利的解決辦法是縮短潤滑油更換周期。因此應高度重視設備運行中的維護保養(yǎng)。