双级螺杆空压机故障分析与改进双级螺杆空压机作为压缩空气站的主要设备，具有效率高、节能效果显著等优点，应用 越来越广泛但在应用过程中，也存在排气温度高、油分离芯使用寿命短以及排气中油含量 超标等诸多问题，给压缩空气站安稳长周期运行带来了不利的影响本文分析了影响双级螺 杆空压机排气温度、油分离芯使用寿命、排气中油含量超标的因素，通过对油冷却器循环水 进行改进、油分离芯结构改造、合理控制润滑油油位，提高油分离芯质量及工况适应性，规 范二次回油管的安装标准等，有效降低了排气温度，使排气温度较为恒定，提高了油气分离 芯使用寿命，使压缩空气中的含油量低于3ppm，同时将重要设备运行参数引入DCS中进行 实时监测，保证了双级螺杆空压机的安稳运行，使其在炼油装置中得到了良好的应用一、 概述双级螺杆空压机在主机部件里带有两级螺杆，压缩过程由第一级螺杆和第二级螺杆通过 分级串联压缩的方式完成，除了秉承双螺杆空压机具有的结构简单、安装灵活以及高效率的 优点外，还能够降低轴承负载，提高容积效率，在部分负载情况下运转时，更能提高效率， 节能效果显著，应用也越来越广泛二、存在问题某炼油厂压空系统有4台英格索兰双级螺杆空压机，型号为MSC250W-2S。
自2009年7 月份投入运行后，运行过程中一直存在主机排气温度高、油气分离芯使用寿命短、排气含油 量超标等问题：（一） 主机排气温度高空压机在运行1个多月后，正值南方8月份的高温季节，主机排气温度上升到95°C以 上，其中排气温度最低的1#机温度最高时95C，最高的4#机高达100C，几乎要触顶 109±3C的自保停车值，整个压缩空气面临系统崩溃的险境，为保整个装置的平稳运行，不 得不考虑采用氮气来补充压缩空气系统，以备不时之需二） 油气分离芯使用寿命短油气分离芯是决定喷油螺杆空压机排气含油量的关键部件一个质量优良的油气分离芯 在工作中会受到空压机的多种不良因素的影响，常常表现为滤芯应有的工作寿命未到就开始 喷油（压缩空气含油量过大），或其滤芯压差升高过快，从而必须更换滤芯以2#空压机为 例，运行达到712小时后分离前压力达到1.2MPa,分离后压力0.7MPa，差压达到0.5 MPa, 排气温度高联锁停车停机后将油气分离器打开后发现，油气分离芯上部失稳造成了严重破 损（如图 1 所示），滤层及支撑网板由于变形与边缘板张口导致分离短路，造成油气分离器内 润滑油全部跑损空压站4台空压机自7月运行，保持3开1 备的运行状态，8月20日以后，运行的1#、 2#、3#机分离差压均从60kPa上涨至lOOkPa以上（现场压力表显示），而且每天以60kPa的 速度不断上涨。
由于当时空压机厂家提易损件清单时，油分离芯的使用寿命估计为4000h, 此时仓库并没有油分离芯库存，使整个装置面临停风的险境最后厂家连夜将油分离芯带来 进行更换，虽然暂时缓解了面临的问题，但油分离芯寿命短的问题却未能解决4台空压机 油分离芯更换时间如表1 所示：表1油分离芯使用寿命列表计崑单位；小时〔h ）1#空压机油分离芯更按日期2009.09.012009.09.30运行时间S84h548 h2#空压机油分离芯更按日期2009.08.312009.10.6运行时间91Sh712h3#空压机油分离芯更换日期^009.09.012010.02/)3运行时间9fi0h1054h4#仝压机1油分罔芯更换日期2009.08.312009.12.15运行时间86 Oh7Q7h从表中可以看出，运行时间最短的油分离芯只有548 小时，最长的也不过1054 小时， 平均使用寿命也只有841.6 小时三）排气含油量超标的问题一般来说用于喷油螺杆式空压机的出口压缩空气残油量不大于3ppm，空压机出口空气 含油量超标通常称之为耗油量大，又称跑油跑油问题是长久以来一直困扰着厂家及使用单 位的头痛问题若空压机出现跑油，除了造成润滑油消耗量加大，还会污染后处理设备，缩 短后处理设备的使用寿命。
空压站投运后，4台空压排气中带油现象时有发生，压缩空气缓冲罐排凝口和后处理设 备中的前置除油过滤器自动疏水阀中不时有油排出，为了保证空压机正常运行，油气分离器 中经常要补充润滑油，使其保持在正常油位，润滑油消耗量较大四）机组运行监测不完善，不能实现DCS远程数据监测空压站采用无人值守、定期巡检的运行方式但MS250W-2S众多重要参数都只能现场进 行读取，如：（1）主机排气温度、分离差压、电机前后轴承温度等，排气温度表为现场机械 指针式，容易损坏，先后更换过5块表；（2）DCS上显示的排气温度为冷却后的排气温度，没 有实际指导作用;（3）每次空压机跳停后只能通过总管风压报警判断，延误了处理时间，使得 全过程跟踪和监控空压机运行状况难以实现三、原因分析（一）排气温度高原因分析双级螺杆空压机工作原理如图 2 所示，由进气过滤系统、压缩机和电机总成、带冷却器 的压力润滑系统、分离系统、气量调节系统、电气控制系统、仪器仪表系统、安全保护系统、 后冷却器、水分离器和排放装置组成在双级螺杆式压缩机里，通过两组带螺旋的转子（阴 转子和阳转子）啮合压缩空气一、二级转子轴线相互平行，形成分级串联方式，安装在高 强度铸铁的气缸体内。
气缸体的两个端面对角位置上开有进排气孔口阴转子的齿槽同阳转 子啮合，以被阳转子带动转子的排气侧一端装有推力滚子轴承，以防止转子轴向移动空 气润滑油混合气体从压缩机排出后，进入分离系统，这个系统就在油分离器内混合气体流 经分离系统后，几乎从排出的空气中除尽所有的润滑油，此时空气里只含几个ppm的油量 分离下来的油返回润滑系统，与此同时，压缩空气流入后冷却器后冷却器系统由热交换器、 冷凝水分离器和冷凝水自动排放装置组成（后两者组成水分离器）利用压缩空气的冷却作 用，空气里含有的水蒸汽大部分被冷凝析出，再进入后处理单元到各用气点润滑油系统由 油分离器、油冷却器、温控阀和油过滤器组成分离后的润滑油通过温控阀进入油冷却器冷 却，经过油过滤器过滤后回到压缩腔完成一个循环11二;.—9r图2喷油螺杆空压机工作原理图进气阀：D电机4）齿轮箱5）主机 门二次回迪管油分叵器芯9）油分冃器W1）空气过滤器 G ＞最小压力阀10）温控阀11 丫爛过滤器1 ；门：由冷却器14「水气分离器 芮）气冷却器便〕断油阀油聒系扯 密T因此可以看出，除运转部件本身运行状况不好导致发热温度升高，吸气温度、润滑油质 量、回油量、回油温度是影响排气温度最为重要的因素。
1. 吸气温度的影响吸气温度主要受环境温度的影响，如果环境温度较高，导致吸入空气温度较高，必然导 致压缩温度升高从而使排气温度随之升高如果要降低吸气温度，需要将吸气口改到室内， 目前不具备改进的条件2. 润滑油质量润滑油质量的影响主要是，如果润滑油乳化或油量太少，致使润滑油冷却效果不够而使 排气温度升高检查润滑油量，发现符合润滑油量标准规定润滑油质量分析也是合格的， 可以排除润滑油质量的影响3. 润滑油回油量回油量主要与油过滤芯有关，螺杆空压机的油过滤芯精度比较高，一般小于20um，当 油过滤芯使用时间过长，容易出现堵塞时，导致回油不畅，回油量减少，造成主机因供油不 足而使排气温度升高4. 回油温度的影响回油主要通过油冷却器冷却，冷却器是固定式铜管换热器，壳程介质为润滑油，管程介 质为循环水，在油冷器冷却面积一定的情况下，管程的循环水量是影响回油温度的重要因素 在油冷却器壳程入口，还装有一个温控阀，温控阀的作用主要是控制压缩机的最低喷油温度， 因为较低的喷油温度会使压缩机的主机排气温度偏低，而在油分离器内析出冷凝水，恶化润 滑油的品质，缩短其使用寿命在控制喷油温度高于一定温度时，排出的空气和润滑油的混 合气始终会高于露点温度。
温控阀控制润滑油的盘通量，以使喷油温度控制在一个合适的范 围之中在压缩机刚启动时，机器较冷，部分润滑油不经过冷却器当温度升高并超过温控 阀设定值时，润滑油将全部流过冷却器在环境工作温度较高期间，所有润滑油会全部经过 冷却器，因此温控阀的运行状况也将影响回油温度计量单位：小时［hK 摄氏度 代）、兆帕（MPa ）1#机3#机易机运行时间903h944 h979h89 5h环境温度33°C34X排气温度95T94°C96°C97°C压 油(156 MPaaSSMPa0.54 MPa0忌MI咕底冷出气温度41°C42°C39°C4 FC进水温度30%：3O°C30°C31°C排水温度58X54°C56°C循环水温差28°C3O°C24°C25T表2空压机运行参数衣5. 油冷却器循环冷却水存在的问题空压站循环水处在循环水管网的末端，相邻有热水循环水换热器、气压机级间冷却器等循环水消耗大户，现场压力为0.3MPa左右，而空压站循环水主管公称通径为DN100,接入 油冷却器支管公称通径为DN32，支管长约1.5米左右，采用精密压力表在油冷却器冷却水 入口测得现场压力约为0.2MPa左右这表明从空压站循环水主管经油冷器循环水支管，进 入油冷器管程压降过大，从而导致油冷器管程出入口压差太小，循环水量严重不足。
从表2 也可看出，油冷器循环水温差2#机高达30°C,排水温度60°C,这使得为了保证空压机运行， 在高温时间段，甚至不得不将排水改为直排，浪费了大量的水资源二）油气分离芯使用寿命短原因分析油气混合物经分离器内的机械（初级）分离后，再经油气分离滤芯进行精细分离经初级 分离后的含油0.05%（500ppm）油气混合物中，油微粒直径约为O.Olum〜l.OOum,呈悬浮状 在流经微米级玻纤滤料层时，通过惯性碰撞，直接拦截和扩散机理以及凝聚作用将小油滴聚 合成大油滴，在气流及重力的作用下，油滴聚集在滤芯的底部凹处，由芯内经油管返回机头1. 空压机润滑油的质量润滑油的选用对油气分离芯的使用寿命有非常大的关系，喷油螺杆空压机用油有合成 油、半合成油、矿物油由于各种油的性能不尽相同，试验证明，一个优质油气分离芯在不 同润滑油的工况条件下其工作寿命不相同润滑油的选择应选抗老化、对水不敏感、耐高温、不易挥发的油抗氧化能力差的油在 高温氧化后形成黏稠沉淀物，容易附着在油气分离芯表面层将滤料的微孔堵塞高温下油容 易老化，在更换油时应尽量将已用过的油全部更换以免新油受到污染2. 油气分离器经机头压缩后的油气混合物液相油滴尺寸范围很广，大部分油滴直径尺寸通常处于 lum〜50um,少部分微滴可小至与气相分子具有相同的数量级，仅为O.Olum。
当油气混 合物进入分离器经精心设计的折流板机械分离（碰撞、离心、扩散、重力）后，应将混合物中 99.7%的油分离掉，使进入油气分离滤芯处的混合物含油量为0.05%（500ppm）有些空压机 厂家因油气分离罐结构设计不合理、尺寸过小以及气液相间的高度过小等因素，导致开机后 即使使用进口滤芯还是喷油，油气分离器的初级（机械）分离效果亦是决定油气分离芯工作寿 命的关键因素3. 空气滤芯、润滑油滤芯的更换油气分离芯不仅从油气混合物中分离出油，同时也将其中的固体杂质分离掉，这些固体 粒子被滤芯拦截，沉积依附在滤料上，从而使滤芯压差（阻力）不断增加若空气滤芯未能将 大气中的脏物有效过滤掉，润滑油内的固体颗粒污物将进入到润滑油系统中，而当润滑油过 滤芯未能良好地将其过滤掉，就会使其附着在油气。