螺桿式冷凍機組應用與常見故障分析處理

胡學東

（中鹽吉蘭泰鹽化集團有限公司氯堿廠，內(nèi)蒙古阿拉善750336）

1 冷凍機組工作原理

螺桿式制冷壓縮機屬于容積式制冷壓縮機，利用一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在機體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運動，周期性的改變轉(zhuǎn)子每對齒槽間的容積來完成吸氣、壓縮、排氣過程。

目前使用較廣的制冷劑為氟利昂，即機組制冷過程也是氟利昂氣相液相的轉(zhuǎn)化過程，先由儲氟器經(jīng)供液電磁閥與節(jié)流閥供液到機組蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)氟利昂與冷媒介質(zhì)進行換熱，氟利昂吸熱氣化后，經(jīng)機組吸氣閥進入機組完成壓縮過程，再經(jīng)排氣閥到氟利昂冷凝器，通入循環(huán)水換熱后，氣態(tài)氟利昂冷凝成液態(tài)，進入儲氟器進行下一個循環(huán)。

2 冷凍機組工作過程

（1）吸氣過程

當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，齒槽容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而逐漸擴大并和吸入口相連通，由蒸發(fā)系統(tǒng)來到吸氣閥進入齒槽容積進行氣體的吸入過程。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到一定角度以后，齒槽容積越過吸入孔口位置與吸入孔口斷開，吸入過程結(jié)束。

（2）壓縮過程

當轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，被機體、吸氣端座和排氣端座所封閉的齒槽內(nèi)的氣體，由于陰陽轉(zhuǎn)子的相互嚙合和齒的相互填塞而被壓向排氣端，同時壓力逐步升高進行壓縮過程。

（3）排氣過程

當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到使齒槽空間與排氣端座上的排氣孔口相通時，氣體被壓出并排氣閥排出，完成排氣過程。

由于每個齒槽空間里的工作循環(huán)都要出現(xiàn)以上3 個過程，在壓縮機高速旋轉(zhuǎn)時，幾對齒槽的工作容積重復進行吸氣、壓縮、排氣循環(huán)，從而使壓縮機的輸氣連續(xù)、平穩(wěn)。

3 螺桿式制冷機組運行情況說明

中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司（以下簡稱“吉蘭泰氯堿”）， 共2 期， 其中第一期建設投產(chǎn)日期為2007 年，二期投產(chǎn)為2010 年，燒堿產(chǎn)能為36 萬t/a，PVC 樹脂產(chǎn)能為40 萬t/a。螺桿式制冷機組共有9臺， 其中氯堿廠用于液氯液化用3 臺機組，2 開1備，脫硝乙二醇冷凍機組1 臺；樹脂廠氯乙烯車間有鹽水冷凍機5 臺，設計為4 開1 備。

3.1 氯堿廠制冷機組運行情況

氯堿廠液氯液化冷凍機單臺功率為220 kW，單臺設計年產(chǎn)液氯為2 萬t，其中一期2 臺機組，為1 開1 備；二期采購1 臺機組，3 臺機組從投入運行至今未發(fā)生過任何較大故障，運行一直較為穩(wěn)定，只是日常按操作說明書嚴格維護并執(zhí)行計劃性大修工作，維護潤滑油更換周期為12 個月，同時更換油氣分離器濾芯與油精過濾器，大修周期為3 年1 次；目前主要出現(xiàn)問題是油冷卻器列管泄漏進行了更換。

氯堿廠脫硝乙二醇冷凍機組功率為315 kW，該機組結(jié)構(gòu)較為簡單，主要由油氣分離器、油冷卻器、氟冷凝器、蒸發(fā)器組成一個模塊，2012 年裝置建成投入使用后一直運行較為穩(wěn)定， 維護保養(yǎng)周期亦為12個月，大修周期也是3 年1 次。2018 年機組出現(xiàn)較大故障，制冷效果較差，對整個裝置運行影響較大。

（1）蒸發(fā)器受乙二醇腐蝕影響，導致蒸發(fā)器固定列管端板腐蝕，堵漏后減少換熱面積，制冷受限，2018 年已更換添加緩蝕劑的冰河冷媒。

（2）油冷卻器列管泄漏，主要由于機組正常運行時，為保障油溫在45～55 ℃，循環(huán)水閥門開度較小，致使水循環(huán)量小，列管為碳鋼材質(zhì)，長時間運行造成垢下腐蝕。

（3）油氣不能很好分離，致使大量潤滑油進入蒸發(fā)器，影響機組制冷較為嚴重，經(jīng)查為機組排氣管道脫落所致，具體位置見圖1。

3.2 樹脂廠氯乙烯車間制冷機組運行情況

樹脂廠氯乙烯車間鹽水制冷機組單臺功率為800 kW，運行需求溫度為-23 ℃，一期3 臺機組，二期2 臺機組，正常設計為4 開1 備，該機組2015 年未改造之前，開5 臺機組運行制冷一直也不能達到生產(chǎn)需求，對整體負荷提升有一定制約，主要原因是機組運行系統(tǒng)不獨立，一期3 臺機組公用1 套儲氟器與冷凝器，蒸發(fā)器3 臺機組配套2 臺，二期2 臺機組共用1 套儲氟器與冷凝器，上面提到氯堿廠制冷機組常出現(xiàn)問題主要為油冷卻器易出現(xiàn)泄漏，鹽水冷凍機組也一樣。

（1）由于系統(tǒng)不獨立，所以單臺機組油冷卻器泄漏會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，停機檢查或保養(yǎng)情況下，油冷卻器列管出現(xiàn)泄漏，則循環(huán)水會進入油系統(tǒng)，最終導致進入蒸發(fā)器，致使蒸發(fā)器出現(xiàn)冰堵問題，大大影響了機組的制冷效果；該蒸發(fā)器為滿液式虹吸蒸發(fā)器，在冰堵情況下，氟利昂不能有效供入蒸發(fā)器，所以換熱能力下降，從而影響機組制冷。

（2）氟利昂冷凝器由于公用，在夏季循環(huán)水溫度偏高時，換熱效果差，致使機組運行排氣壓力較高，可達1.6 MPa 左右，同時會有部分碎小填料進入換熱器，也影響機組換熱，但由于冷凝器為公用設備，無備用，所以不能及時進行清理、清洗，每到夏季影響較大。

2015 年通過改造增加3 套氟冷凝器與儲氟器，讓每臺機組系統(tǒng)徹底獨立，運行逐步趨于穩(wěn)定，同時開4 臺機組即可滿足生產(chǎn)需求， 出水溫度可達到-20 ℃左右，同時日常運行中可實現(xiàn)正常的維護、清理工作，夏季生產(chǎn)亦無壓力，單體產(chǎn)能得以釋放，產(chǎn)量逐年提升。

圖1 機組排氣管道脫落位置圖

4 冷凍機組常見故障及分析處理（見表1）

5 運行中注意事項

（1）機組開機后，加載亦緩慢進行，加載不易太快，避免奔油，影響機組制冷。

（2）運行過程確保油溫在45～55 ℃，確保油氣分離效果，避免大量奔油到蒸發(fā)器而影響機組制冷。

（3）巡檢時常關注機組儲油器油位，保障上視鏡1/2 即可，若發(fā)現(xiàn)油位下降明顯需查明原因，確定油冷卻器是否泄漏，避免缺油而損壞機組，或因水進入系統(tǒng)造成蒸發(fā)器冰堵。

（4）巡檢時觀察蒸發(fā)器視鏡蒸發(fā)是否正常，氟利昂中是否含油，大量含油則影響機組制冷。

（5）按操作手冊做好定期維護，確保油質(zhì)正常，濾芯過濾、分離效果良好。

表1冷凍機組常見故障及分析處理一覽表

6 冷凍機組油冷卻器改造

機組正常運行時，吸氣多少都會有一定的帶液現(xiàn)象，所以導致油溫偏低，而設備配套的油冷卻器循環(huán)水閥門開度較小，致使冷卻器循環(huán)水循環(huán)量不足，長久運行則會造成冷卻器內(nèi)部泥沙沉積，在一定溫度下，形成垢層，腐蝕冷卻器列管，導致冷卻器泄漏。

結(jié)合實際，由于冷卻器列管為碳鋼管，表面光潔度較差，且冷卻器為四流程式，循環(huán)水量較小時，易結(jié)垢，也容易造成列管腐蝕。為解決該問題，可對冷卻器列管材質(zhì)進行更換， 由碳鋼管更換為紫銅管，同時可結(jié)合實際，把四流程式冷卻器改為雙流程式，即在保證油溫的情況下，可適當加大冷卻水的循環(huán)量，以此保障換熱器的長久穩(wěn)定運行，也避免了因換熱器泄漏，而造成整個制冷系統(tǒng)的癱瘓。

7 運行管控的重要性

制冷機組穩(wěn)定運行的關鍵與制冷的效果和冷凍潤滑機油有著至關重要的聯(lián)系。 機組奔油嚴重時，直接表現(xiàn)為機組噪音增加，由于缺油導致機組潤滑不良，將影響機組正常運行，致使密封過早磨損，會大大縮短機組使用壽命；同時，由于機組奔油，大量潤滑油進入蒸發(fā)器，則導致蒸發(fā)器換熱效果差，致使機組制冷不足，影響裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定運行，所以日常系統(tǒng)維護一定要嚴格執(zhí)行操作手冊，定期更換過濾器濾芯，正常巡檢時，多關注潤滑油位，發(fā)現(xiàn)油位有明顯變化時，一定要查明原因并進行解決，否則后續(xù)帶來的影響將很難控制；制冷機組停機后再次開機，由于操作不當，極易出現(xiàn)奔油問題，但只要整個系統(tǒng)正常，運行一段時間，經(jīng)過油氣分離，油會逐步回到儲油罐，若長周期運行潤滑油仍不能正常分離，則要嚴格對系統(tǒng)進行排查處理。