噴油式螺桿空壓機(jī)空氣含油量超標(biāo)原因分析及處理

（國家管網(wǎng)集團(tuán)川氣東送天然氣管道有限公司，湖北武漢 430000）

1 引言

目前，國內(nèi)的空壓機(jī)主要有噴油式螺桿壓縮機(jī)和無油螺桿壓縮機(jī)，噴油式螺桿壓縮機(jī)的潤滑油由噴嘴直接噴入螺桿與里面的空氣混合，帶走壓縮產(chǎn)生的熱量，同時(shí)形成的油膜起到潤滑作用，壓縮的氣體就會(huì)含有油；而無油螺桿壓縮機(jī)并不是真正的無油，它的潤滑系統(tǒng)為單獨(dú)的供油循環(huán)單元，壓縮室與軸承之間由高性能機(jī)械密封組件嚴(yán)密地分隔開來，潤滑油只能在其封閉區(qū)域內(nèi)流動(dòng)，不能進(jìn)入壓縮室，壓縮室內(nèi)為不含油的純空氣，可獲得純凈的壓縮空氣。由于噴油螺桿式空壓機(jī)已成為當(dāng)今世界空壓機(jī)發(fā)展的主流，廣泛應(yīng)用于礦山開采、機(jī)械制造、建筑、紡織、石油化工及其它需要壓縮氣體的場(chǎng)所，因此，降低螺桿式空壓機(jī)空氣含油量依然是現(xiàn)階段研究的一項(xiàng)熱點(diǎn)。比如，在天然氣長輸管道的壓縮機(jī)系統(tǒng)上都會(huì)使用到空壓機(jī)產(chǎn)生儀表風(fēng)氣，儀表風(fēng)氣是作為現(xiàn)場(chǎng)氣動(dòng)閥門的動(dòng)力氣源、干氣密封系統(tǒng)隔離氣源和驅(qū)動(dòng)電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)氣源，對(duì)于一些精密氣動(dòng)部件，要求含油量不得高于0.01mg/m3，但由于部分壓縮機(jī)站場(chǎng)使用的空氣壓縮機(jī)為噴油式螺桿壓縮機(jī)，隨著設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行后，儀表風(fēng)的含油量就會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，油漬隨著壓縮空氣進(jìn)入到正壓通風(fēng)系統(tǒng)和干氣密封內(nèi)，影響到裝置的正常運(yùn)行。

2 壓縮空氣含油量超標(biāo)的影響

為了保證壓縮空氣的干凈清潔，空壓機(jī)都會(huì)有油氣分離器、初級(jí)過濾器和精密過濾器，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行除油處理。當(dāng)處理后的壓縮空氣含油量仍然超標(biāo)時(shí)，從空壓機(jī)本身和現(xiàn)場(chǎng)用氣設(shè)備兩個(gè)方面進(jìn)行分析，可能會(huì)產(chǎn)生以下影響。

2.1 對(duì)空壓機(jī)干燥塔的影響

當(dāng)含油量高的壓縮空氣進(jìn)入到空壓機(jī)后處理裝置干燥塔內(nèi)，油漬容易吸附在活性氧化鋁干燥劑顆粒表面上，在干燥劑表面形成油膜，使干燥劑吸水能力差，從而使壓縮機(jī)水露點(diǎn)較高，干燥塔內(nèi)更容易聚集水分，油滴在水中進(jìn)一步擴(kuò)散，形成大范圍的油水混合物，使干燥劑無法正常吸附，干燥劑就會(huì)逐步失效，這樣更多的油水混合物隨著壓縮空氣帶入到用氣設(shè)備內(nèi)。

2.2 對(duì)用氣設(shè)備的影響

當(dāng)油漬隨著壓縮空氣進(jìn)入到用氣設(shè)備，雖然用氣設(shè)備都會(huì)自帶一些除油裝置如進(jìn)口過濾器等，但含油量較高時(shí)，過濾器內(nèi)的濾芯也不能有效除去多余油漬，這就會(huì)影響到用氣設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)于壓縮機(jī)站場(chǎng)，比較典型的用氣設(shè)備有氣動(dòng)閥門、正壓通風(fēng)裝置和干氣密封。當(dāng)油漬進(jìn)入到氣動(dòng)閥門驅(qū)動(dòng)部件時(shí)，會(huì)造成驅(qū)動(dòng)部件卡滯，動(dòng)作不靈敏，影響到氣動(dòng)閥門的正常開關(guān)；當(dāng)油漬進(jìn)入到正壓通風(fēng)裝置內(nèi)后，會(huì)影響裝置內(nèi)的各個(gè)傳感器正常工作，容易出現(xiàn)傳感器不能正常工作；當(dāng)油漬通過隔離氣緩慢滲入到干氣密封內(nèi)時(shí)，會(huì)使干氣密封內(nèi)的彈簧卡滯，動(dòng)靜環(huán)無法正常打開。在某壓氣站正壓通風(fēng)裝置故障處理中，就發(fā)現(xiàn)正壓通風(fēng)裝置傳感器存在較多油漬導(dǎo)致傳感器故障。

3 含油量超標(biāo)原因分析

噴油式螺桿壓縮機(jī)經(jīng)陰陽轉(zhuǎn)子做功增壓后的空氣都會(huì)含有潤滑油，需要經(jīng)油氣分離器對(duì)空氣中的油進(jìn)行分離，然后進(jìn)入初級(jí)過濾器、精密過濾器對(duì)油進(jìn)行再次過濾，最后再經(jīng)干燥塔去除空氣中的水分，使壓縮空氣的水露點(diǎn)不高于-35℃，使其滿足用氣要求，如圖1。但由于各個(gè)過濾器的除油性能受到濾芯的使用周期和排氣溫度的影響，過濾器濾芯使用周期越長時(shí)，過濾效果越差，過濾后含油量會(huì)增加；排氣溫度越高，空壓機(jī)潤滑油的黏度降低，不利于油分濾芯對(duì)油氣混合物進(jìn)行分離，使得含油量超標(biāo)。對(duì)此，空氣含油量超標(biāo)的原因從過濾器的使用、排氣溫度和干燥劑吸附能力進(jìn)行查找分析。

圖1 壓縮空氣走向示意圖

3.1 過濾器不能有效除去油

從噴油式螺桿壓縮機(jī)的工作原理可以看出，從螺桿處壓縮后的空氣必然會(huì)帶有油，這就需要油氣分離器第一道進(jìn)行分離，壓縮空氣先經(jīng)過玻璃纖維油氣分離濾芯進(jìn)行過濾分離，這個(gè)油氣分離器是安裝在集油筒頂部，如圖2，由于分離器的離心力和重力作用，絕大多數(shù)的油會(huì)從油氣混合體中分離出來，隨回油管流入到主機(jī)內(nèi)。當(dāng)油氣分離濾芯使用時(shí)間長造成濾芯堵塞時(shí)，就不能有效地除去壓縮空氣中的油漬，另外，當(dāng)濾芯的過濾精度和使用質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，也會(huì)影響濾芯除去油的能力。同時(shí)，也要定期檢查回油管是否存在堵塞，回油管存在堵塞時(shí)，會(huì)造成濾芯中的積油不能通過回油管自行返回到主機(jī)內(nèi)，不斷聚在油氣分離器底部，只能隨著壓縮空氣進(jìn)入到下游管路[1]，而且，回油管的吸油口與油氣分離器底部的安裝距離也是影響回油管正常回油的重要因素，過高或過低都會(huì)影響到正?；赜停惭b距離要求在3～5 mm。

圖2 油氣分離器結(jié)構(gòu)圖

由于第一道油氣分離器需要除去空氣中大部分油漬，如果不能有效除去這些油漬，對(duì)后面的過濾設(shè)備的除油效果影響較大。經(jīng)過第一道油氣過濾分離器過濾后，壓縮空氣將通過緩沖罐進(jìn)入到初級(jí)過濾器、精密過濾器繼續(xù)進(jìn)行過濾，按照初級(jí)過濾器過濾精度為1 μm，過濾后的含油量小于0.5 mg/m3，精密過濾器過濾精度為0.01 μm，過濾后含油量小于0.01 mg/m3的要求，正常來說是可以進(jìn)一步除去空氣中剩余的油，但如果油氣分離器沒有除去大部分油，由于初級(jí)過濾器和精密過濾器的精度較高，這樣很容易被堵塞，造成壓縮空氣中的油漬直接進(jìn)入到干燥塔內(nèi)。

3.2 排氣溫度高

螺桿式空壓機(jī)一般來說是一級(jí)壓縮，在給空氣壓縮過程中，產(chǎn)生的熱量會(huì)非常大，這就對(duì)超級(jí)冷卻劑的要求非常高，超級(jí)冷卻劑具有潤滑、冷卻的作用。當(dāng)超級(jí)冷卻劑抗氧化能力差，就會(huì)發(fā)生氧化變質(zhì)，在高溫條件下容易在冷卻器內(nèi)部及油路系統(tǒng)產(chǎn)生積碳、結(jié)焦[2]，排氣溫度就會(huì)升高。尤其是在夏天，環(huán)境溫度高時(shí)，空壓機(jī)加載運(yùn)行時(shí)的排氣溫度很容易達(dá)到100 ℃，從溫度對(duì)超級(jí)冷卻劑的油品黏度影響來說，超過98 ℃后，超級(jí)冷卻劑的黏度會(huì)降低，不利于油氣分離器對(duì)油氣混合物的分離，引起壓縮空氣含油量高。因此，降低排氣溫度也是減少壓縮空氣含油量的一項(xiàng)措施。

3.3 活性氧化鋁干燥劑吸附能力差

空壓機(jī)后處理裝置的干燥塔主要是依靠活性氧化鋁干燥劑吸附空氣中的水分，防止水分進(jìn)入到用氣設(shè)備。當(dāng)含油的空氣進(jìn)入到干燥塔后，先會(huì)在少許干燥劑表面形成油膜，使得少許干燥劑不能正常吸收水分，但是，當(dāng)干燥劑因自身質(zhì)量、吸附能力變差等原因不能除盡空氣中的水分時(shí)，水露點(diǎn)會(huì)升高，吸附不了的水分就會(huì)不斷聚集在干燥塔內(nèi)，油滴在水表面擴(kuò)散，這樣長時(shí)間就會(huì)形成油水混合物，一部分油水混合物隨著儀表風(fēng)氣帶入到用氣設(shè)備內(nèi)，一部分油水混合物在干燥塔切換運(yùn)行時(shí)通過消音器排出。因此，活性氧化鋁干燥劑也是用氣設(shè)備空氣含油量高低的影響因素之一。

4 處理措施

4.1 油氣分離器的濾芯選型

現(xiàn)階段，國內(nèi)生產(chǎn)油氣分離器濾芯的廠商有很多，各個(gè)濾芯廠家各有優(yōu)劣勢(shì)，有的濾芯分離效果好但穩(wěn)定性差，更換頻次高，維護(hù)成本大；有的濾芯穩(wěn)定性好，但過濾精度又不滿足要求。對(duì)此，對(duì)油氣分離器濾芯的選型尤為重要，從濾芯吸附油的飽和度時(shí)間來看，選取的濾芯使用多層玻璃纖維濾紙進(jìn)行纏繞，吸附飽和度的時(shí)間更長，它由多層不同精度的濾紙纏繞在一起形成圓筒狀，縱橫交錯(cuò)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，平均孔徑約3～14 μm，當(dāng)油氣混合物以一定的流速穿過濾紙時(shí)，經(jīng)直接攔截、離心力作用和重力沉降等方式將油進(jìn)行分離，這種濾芯達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)濾紙表面只是呈現(xiàn)油斑狀，而不是全面覆蓋在濾紙表面，在長期運(yùn)行狀態(tài)下更有利于吸附空氣中的油。

4.2 檢查更換過濾器濾芯

由于濾芯都有一定的使用壽命，按照英格索蘭空壓機(jī)廠家要求，油氣分離器濾芯使用時(shí)間達(dá)到4000 h就要進(jìn)行更換，初級(jí)過濾器和精密過濾器濾芯也是同時(shí)需要進(jìn)行更換，這是濾芯的一個(gè)正常更換周期，但如果發(fā)現(xiàn)空氣中的含油量大或者濾芯的穩(wěn)定性差，就需要對(duì)回油管進(jìn)行檢查清理或縮短濾芯的檢查更換周期，以保證濾芯的正常工作。

4.3 降低空壓機(jī)排氣溫度

當(dāng)空壓機(jī)排氣溫度較高時(shí)，可以先對(duì)空壓機(jī)的油冷卻器進(jìn)行清洗，油冷卻器采取的是風(fēng)冷形式，當(dāng)油冷卻器表面的翅片散熱孔被堵塞后，冷空氣不能正常對(duì)流，容易引起排氣溫度高，可以使用高壓蒸汽機(jī)對(duì)油冷卻器翅片污垢進(jìn)行清洗，清洗后排氣溫度往往會(huì)降低6～8 ℃；另外，排氣溫度高也需要考慮是否為超級(jí)冷卻劑油品變質(zhì)引起的，可以嘗試更換新的超級(jí)冷卻劑。

4.4 選用原廠活性氧化鋁干燥劑

活性氧化鋁干燥劑的選型是影響干燥塔吸附能力的關(guān)鍵因素。目前，不同國內(nèi)廠家生產(chǎn)的活性氧化鋁干燥劑的工作效果都不相同，有的雖然價(jià)格低廉，但可靠性差。在某壓氣站前期使用過國內(nèi)2個(gè)不同的廠商生產(chǎn)的活性氧化鋁干燥劑，價(jià)格低廉，但吸水效果不好，吸附一段時(shí)間后就達(dá)到飽和狀態(tài)，之后水露點(diǎn)很快上升，最高上升到-2 ℃，同時(shí)，干燥塔切換過程中從消聲器噴射出的水分也較多。因此，選用活性氧化鋁干燥劑要盡量使用原廠生產(chǎn)的，這樣才能保證干燥塔的正常吸附能力。

5 結(jié)論

壓縮空氣含油量超標(biāo)直接會(huì)影響到用氣設(shè)備的正常工作，當(dāng)壓縮空氣中的含油量超標(biāo)時(shí)，從各個(gè)過濾器的濾芯使用情況、回油管、排氣溫度和活性氧化鋁干燥劑出發(fā)進(jìn)行排查。在空壓機(jī)的日常檢查維護(hù)中，要對(duì)濾芯的使用情況進(jìn)行檢查，根據(jù)運(yùn)行需要縮短濾芯更換周期，并更換質(zhì)量可靠、過濾精度合適的濾芯；另外，也要檢查回油管是否暢通，并采取一些措施方法降低排氣溫度和提高干燥塔的吸附除水能力，確?？諝夂土吭诤细裰笜?biāo)范圍內(nèi)。