預(yù)冷機(jī)的油位故障分析與處理

肖丹丹

（廣西石化動(dòng)力部，廣西 欽州 535000）

在空分裝置中，經(jīng)壓縮機(jī)出來的壓縮空氣為飽和濕空氣，為了除去其中的水分，降低進(jìn)入分子篩純化器的空氣的濕度和溫度，減輕后續(xù)分子篩純化器的工作負(fù)荷，會(huì)在壓縮機(jī)和分子篩純化器之間加裝空氣預(yù)冷系統(tǒng)，以便更好地純化空氣，保證進(jìn)入分餾塔的空氣滿足制氮工藝的要求。但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常因?yàn)榭諝忸A(yù)冷機(jī)出現(xiàn)故障而導(dǎo)致分餾塔的制氮效果下降，甚至停工而影響生產(chǎn)。因此，及時(shí)有效地分析并解決空氣預(yù)冷機(jī)出現(xiàn)的故障，對有效保障空分裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。

1 工作原理

預(yù)冷機(jī)是根據(jù)冷凍除濕降溫的原理，將壓縮空氣與冷媒介質(zhì)進(jìn)行換熱，從而獲得5～8℃、清潔的壓縮空氣。冷媒介質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)完成換熱后，經(jīng)過濾器、汽化器進(jìn)入壓縮機(jī)。冷凍油和冷媒介質(zhì)一起被吸入氣腔，在壓縮過程中，冷凍油對壓縮機(jī)的軸承和轉(zhuǎn)子進(jìn)行潤滑冷卻。壓縮后，高溫高壓的冷媒介質(zhì)和冷凍油被排入油分離器內(nèi)進(jìn)行分離。分離出的冷媒介質(zhì)進(jìn)入冷凝器冷卻降溫，隨后流入干燥過濾器，再經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流調(diào)節(jié)后，變成低溫低壓的冷媒蒸汽，進(jìn)入蒸發(fā)器與空氣換熱，如此循環(huán)往復(fù)。本裝置采用的預(yù)冷機(jī)內(nèi)部構(gòu)造見圖1，簡易的制冷內(nèi)循環(huán)流程見圖2。

圖1 預(yù)冷機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造

圖2 簡易流程

2 故障現(xiàn)象

某石化公司空分裝置的內(nèi)操人員發(fā)現(xiàn)預(yù)冷機(jī)的出口溫度報(bào)警，通知外操去現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)預(yù)冷機(jī)故障停機(jī)，控制面板顯示報(bào)警信息為2#機(jī)油位故障聯(lián)鎖。當(dāng)班人員迅速切換至備用預(yù)冷機(jī)運(yùn)行，隨后聯(lián)系儀表及相關(guān)維保人員到現(xiàn)場檢查排除故障原因。對儀表、電氣元件進(jìn)行初步檢查，在確認(rèn)儀表、電氣均正常工作后，為進(jìn)一步排查故障原因，在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，維保人員對停運(yùn)預(yù)冷機(jī)的PLC控制器、油濾芯及干燥濾芯等進(jìn)行了更換，并對熱力膨脹閥進(jìn)行拆檢。采取補(bǔ)充添加制冷劑（氟利昂）、重新建立系統(tǒng)、查漏、更換蒸發(fā)器等手段，逐一查找故障原因，最終找到了問題所在，徹底消除了故障，預(yù)冷機(jī)恢復(fù)正常備用。

3 油位故障原因分析及處理

常見的引起預(yù)冷機(jī)油位故障聯(lián)鎖的原因有以下幾種，下面逐一進(jìn)行分析。

3.1 油位低造成壓縮機(jī)缺油

3.1.1 預(yù)冷機(jī)頻繁開停

預(yù)冷機(jī)頻繁開停機(jī)，會(huì)使壓縮機(jī)噴到系統(tǒng)管路內(nèi)的冷凍油量超過隨冷媒介質(zhì)回到壓縮機(jī)的冷凍油量，運(yùn)行一段時(shí)間后，壓縮機(jī)會(huì)出現(xiàn)油位過低的現(xiàn)象。查調(diào)設(shè)備運(yùn)行記錄及趨勢圖，預(yù)冷機(jī)近期正常運(yùn)行，未出現(xiàn)頻繁開停機(jī)。

3.1.2 冷卻水對冷凍油的影響

本機(jī)采用的制冷劑為氟利昂R22，無色無味，常溫下為氣體，在系統(tǒng)內(nèi)與冷凍機(jī)油混合。運(yùn)行過程中，如果循環(huán)冷卻水中斷、冷卻水管路的過濾器臟堵或冷卻水水溫偏高，均會(huì)導(dǎo)致冷媒系統(tǒng)在高壓下運(yùn)行，從而大大降低油氣分離器的效果。這種情況容易造成混合后的油和氟利昂難以分離，大量的冷凍油被帶入氟利昂系統(tǒng)?！芭苡汀爆F(xiàn)象會(huì)造成壓縮機(jī)缺油，影響預(yù)冷機(jī)的正常運(yùn)行。

此時(shí)應(yīng)調(diào)整冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，保證冷媒系統(tǒng)的壓力控制在正常范圍內(nèi)，以使系統(tǒng)里的油經(jīng)分離后逐漸回入壓縮機(jī)油箱。但對冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整后，壓縮機(jī)仍未恢復(fù)正常運(yùn)行。

3.1.3 循環(huán)通路堵塞

在內(nèi)循環(huán)過程中，由于冷凍油和冷媒介質(zhì)本身有一定的黏度，少量的油會(huì)粘附在油分離器內(nèi)的濾網(wǎng)和干燥過濾器的濾芯上。油越積越多，會(huì)在濾網(wǎng)和濾芯入口處形成堵塞，從而無法正常循環(huán)，導(dǎo)致油位故障聯(lián)鎖停機(jī)。維保人員對濾網(wǎng)和干燥過濾器濾芯進(jìn)行了拆洗清理或更換，排除了因冷凍油積聚堵塞造成的油位故障停機(jī)。

3.1.4 缺油未及時(shí)補(bǔ)充

經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后，壓縮機(jī)內(nèi)的油會(huì)存在一定的損耗，需要定期檢查并加注冷凍油，及時(shí)調(diào)整油缸油位至正常范圍。打開預(yù)冷機(jī)擋板，通過油視鏡觀察壓縮機(jī)油位，在回油情況良好的情況下，正常油面應(yīng)處于視油鏡1/2～2/3位置，如果油位偏低，則需及時(shí)加注冷凍油進(jìn)行補(bǔ)充。從油視鏡觀察后可知，1#機(jī)的油位正常，2#機(jī)的油位在視窗1/4處，油位偏低。

對2#壓縮機(jī)加注補(bǔ)充冷凍油，使油位恢復(fù)至油視鏡的正常位置。再次啟動(dòng)預(yù)冷機(jī)試運(yùn)行，觀察其運(yùn)行和回油情況。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)視窗內(nèi)的油位逐漸下降，循環(huán)油量減少，再次出現(xiàn)了油位故障聯(lián)鎖停機(jī)，說明2#預(yù)冷機(jī)機(jī)的油位故障并不是壓縮機(jī)缺少冷凍油，而是回油量不足導(dǎo)致的。

3.2 油被大量帶入系統(tǒng)造成壓縮機(jī)缺油

3.2.1 油粘附在蒸發(fā)器內(nèi)

冷凍油和冷媒介質(zhì)一起通過膨脹閥進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)，油會(huì)粘附在蒸發(fā)器換熱器的翅片或銅管上。蒸發(fā)器通道被堵塞會(huì)影響換熱效果，使得制冷劑的蒸發(fā)量減少，造成蒸發(fā)器內(nèi)的壓力偏低。壓縮機(jī)的吸氣量和過熱度低，油和制冷劑無法有效分離，惡性循環(huán)下會(huì)有更多的油匯集在蒸發(fā)器內(nèi)，因回油不暢而引起供油不足，進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)冷機(jī)油位故障聯(lián)鎖停機(jī)。

3.2.2 油被帶入冷凝器內(nèi)

因其他原因，油和冷媒介質(zhì)在經(jīng)過油分離器時(shí)沒有實(shí)現(xiàn)有效分離，冷凍油隨冷媒介質(zhì)一起進(jìn)入冷凝器內(nèi)。如果冷卻水的水溫偏低，大部分冷凍油會(huì)積聚在冷凝器內(nèi)，使得熱力膨脹閥發(fā)生油堵，從而影響后續(xù)蒸發(fā)器的供應(yīng)量。蒸發(fā)器的供液量不足，壓力降低，進(jìn)而又會(huì)影響到油和制冷劑無法實(shí)現(xiàn)有效分離，惡性工況不斷重復(fù)，最終造成供油不足，導(dǎo)致預(yù)冷機(jī)油位故障聯(lián)鎖停機(jī)。

以上2種情況，可以采取加大熱力膨脹閥開度以提高蒸發(fā)器內(nèi)壓力、調(diào)節(jié)冷卻水量和冷卻水溫度等方式，使油逐步回流到油箱內(nèi)，以恢復(fù)正常的系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。若沒有得到有效緩解，還可以通過低點(diǎn)排放，排凈排空系統(tǒng)內(nèi)的油和氟利昂混合物，按照工藝要求進(jìn)行清洗后，再次加入冷凍油和氟利昂，重新建立預(yù)冷機(jī)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。

重做系統(tǒng)后，再次啟動(dòng)預(yù)冷機(jī)試運(yùn)行，初步運(yùn)行正常。但連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5h后再次出現(xiàn)預(yù)冷機(jī)油位故障聯(lián)鎖停機(jī)，表明故障仍未排除，需進(jìn)一步進(jìn)行排查。

3.3 部件泄漏導(dǎo)致回油量減少，造成壓縮機(jī)缺油

預(yù)冷機(jī)制冷系統(tǒng)為封閉的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備部件存在泄漏，漏點(diǎn)就會(huì)成為唯一的泄放口，使得部分冷凍油在漏點(diǎn)處逸散，最終導(dǎo)致回油量減少，造成壓縮機(jī)缺油。為了檢查制冷系統(tǒng)和設(shè)備的密封性，對2#預(yù)冷機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了抽真空試驗(yàn)。采用低壓單側(cè)抽真空，關(guān)閉與外界系統(tǒng)相通的進(jìn)出口閥和高壓閥，打通內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)上的所有通路，在低壓閥附近的排氣堵頭處與真空泵的吸入口連接，啟動(dòng)真空泵，利用壓縮機(jī)上的工藝管進(jìn)行抽真空，當(dāng)壓力達(dá)到零時(shí)說明真空度已夠。關(guān)閉三通閥，停運(yùn)真空泵，進(jìn)行真空試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)內(nèi)壓力有無回升。3h后發(fā)現(xiàn)壓力表的指針位置開始輕微回升，隨著時(shí)間推移，12h后壓力指示與冷媒低壓表的真空值零位的偏差加大，說明系統(tǒng)內(nèi)部確實(shí)存在泄漏。

綜合報(bào)警信息發(fā)現(xiàn)，2#機(jī)頻繁出現(xiàn)油位故障報(bào)警，而1#機(jī)只出現(xiàn)過一次。拆檢熱力膨脹閥進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)膨脹閥處的積油較多，冷凍油都集中在靠近2#機(jī)的蒸發(fā)器處，說明蒸發(fā)器存在漏點(diǎn)，且漏點(diǎn)大部分靠近2#機(jī)側(cè)，因此可以確定是蒸發(fā)器存在漏點(diǎn)，造成了冷凍油的回油不暢，導(dǎo)致壓縮機(jī)缺油，出現(xiàn)了油位故障聯(lián)鎖停機(jī)。

找準(zhǔn)漏點(diǎn)后，將蒸發(fā)器從設(shè)備內(nèi)部切割取出，進(jìn)行堵漏消缺，回裝試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)效果并不理想。本裝置的預(yù)冷機(jī)內(nèi)蒸發(fā)器為板翅式換熱器，進(jìn)行堵漏后，氣體通道大面積減少，通道不足，換熱不均勻，嚴(yán)重影響了換熱效果。與機(jī)動(dòng)設(shè)備處聯(lián)合商討后，最終解決方案是更換新的蒸發(fā)器。更換完成后重新啟動(dòng)預(yù)冷機(jī)試運(yùn)，經(jīng)過72h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)測，預(yù)冷機(jī)正常平穩(wěn)運(yùn)行，故障徹底消除。

4 結(jié)論

預(yù)冷機(jī)是空分系統(tǒng)中的核心設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)各種故障。從此次油位故障聯(lián)鎖停機(jī)的整個(gè)處理過程可知，同一種停機(jī)故障可能是很多原因引起的，這就要求我們在處理問題時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析判斷，采取有針對性的措施加以解決，才能保證設(shè)備的完好備用和平穩(wěn)運(yùn)行。