螺杆制冷机系统

2024-08-16

螺杆制冷机系统（共6篇）

螺杆制冷机系统篇1

1概述

随着全球极端气温的频繁出现, 用于验证电子产品的气候环境试验室的性能指标要求越来越高, 尤其是低温环境试验室的极限温度通常低于-40℃长时间连续运行。而在大型低温试验室的特点是设计冷量大, 制冷负荷变化大。适合采用螺杆压缩机。目前普遍采用单机螺杆压缩机, 但是在低温工况下单级螺杆压缩机有以下不利因素:

(1) 容积效率下降。蒸发温度越低, 压力比越高, 螺杆压缩机基元容积之间的压比及压差越大, 内泄露大, 故容积效率下降。

(2) 性能系数降低。蒸发压力越低, 则制取单位制冷量的功耗越大, 系统的COP值降低。

(3) 产生欠压缩。

(4) 噪声增大。

(5) 排气温度上升。

双级压缩机组由低压到高压通过两次压缩来完成, 这样的输气系数要高于单级压缩机;同时每一级的压比减少, 排气温度相对较低, 适合大压比工况下工作, 适合低温工况使用。

2单机双级螺杆压缩机制冷系统的设计。

单机双级螺杆压缩机制冷系统的设计除了考虑蒸发器、冷凝器、膨胀阀、压缩机这四大件外, 还要考虑中间冷却方式、油路系统和喷液冷却回路。

(1) 中间冷却方式的选择

为避免单机双级螺杆压缩机排气温度过高, 同时为了增加节流元件前制冷剂的过冷度, 系统设计时必须配置中间冷却器。考虑到制冷剂供液管道走向复杂, 管道阻力较大, 因此采用一级节流中间冷却方式。低温环境试验室制冷设计通常采用低温制冷剂R22或R404A, 因此采用中间不完全冷却方式。

1-单机双级压缩机, 2-冷凝器, 3-膨胀阀1, 4-蒸发器, 5-膨胀阀2, 6-中间冷却器

(2) 喷液冷却回路的设计。

双级压缩机应用的场合主要是中低温制冷系统, 而中低温系统的压缩机压比大, 在使用过程中会造成排气温度太高, 为使机组可以达到正常运转的目的, 系统需要配置液喷射。如下图所示, 引用系统一部分液态制冷剂, 直接喷入压缩室或则电机吸气侧以降低排气温度。不过控制排气温度主要靠冷凝器、冷冻油和中间冷却器, 而喷液冷却回路仅仅是作为保护件, 防止意外情况下排气温度突然增高。喷液冷却回路的关键部件是液喷阀, 液喷阀的感温包与压缩机出口的排气接触, 自动控制排气温度, 使其低于要求值, 通过阀门控制的制冷剂直接喷入压缩机的中间状态。但是使用喷液冷却回路会增加压缩机功耗, 减少制冷量, 因此最好的设计思路是:尽量不用喷液冷却回路, 仅仅作为保护装置。

1-单机双级压缩机, 2-冷凝器, 3-膨胀阀1, 4-蒸发器, 5-膨胀阀2, 6-中间冷却器, 7-液喷阀

(3) 油路系统的设计。

油路系统在螺杆机组中极其重要, 冷冻润滑油必须符合以下要求:动态密封、轴承的充分润滑、在高温高压下有良好的粘度、在低温状态下有良好的可混合性。因此油路系统设计要考虑三方面:保证冷冻油的洁净度、流量和温度。油路系统的循环是由于油分离器一排气压力与注油口之间的压力差所形成的。油路系统的主要部件有油分离器、油冷却器、油过滤器、油流开关、电磁阀组成, 油路系统设计如下图所示。

1-单机双级压缩机, 2-冷凝器, 3-膨胀阀1, 4-蒸发器, 5-膨胀阀2, 6-中间冷却器, 7-液喷阀, 8-油分离器, 9-油冷却器, 10-油冷旁通电磁阀, 11-油过滤器, 12-油流开关, 13-油路电磁阀。

单机双级螺杆压缩机不同于单级螺杆压缩机, 由于压缩机内部没有油腔, 因此油分离器需要设计足够大, 以便储存足够多的润滑油来保证系统的安全可靠。螺杆压缩机通常采用离心式油分, 几乎可以提取所有从压缩机排气口带来的油, 这样就可以限制随制冷剂进入系统的润滑油, 从而提高蒸发器的换热效果。由于要保证冷冻油能够有较好的流动性和润滑效果, 需要在油分离器内安装有油加热器和油温传感器。

为了保证进入压缩机的冷冻油有合适的工作温度和冷却效果, 油分离器后需要设置油冷却器。油冷却器是油路系统中最关键的部件, 根据实际情况可以采用水冷冷凝器、风冷冷凝器、或者采用自身的制冷剂冷却。由于考虑到冷冻油对压缩机的冷却作用, 为了避免压缩机排气过热, 通常会加大油冷却器的设计裕量, 其“设计换热量=油的冷却量+喷液阀的制冷量”。

为了避免冷冻油被冷却温度太低, 影响油的流动性, 因此需要设计一油路与油冷却器并联, 当油温低于50℃, 控制油冷旁路的电磁阀常通。

冷冻油的洁净度会影响到压缩机的润滑效果、螺杆的密封性和使用寿命, 因此在油路上需要设计一个可用于更换滤芯的油过滤器, 同时在过滤器的前后分别连接压差开关的高低压口, 当滤芯出现脏堵, 压差开关会传出开关信号。

冷冻油流量的大小也会影响到系统运行的安全可靠以及压缩机的使用寿命, 因此在油路上还要设置油流开关, 实时监控冷冻油的流动情况。

由于机组设计压缩机位于高位, 停机状态下冷冻油会在重力作用下流回油冷却器或者油分离器, 这样会造成压缩机启动瞬间的缺油, 因此在油路上需要设置油路电磁阀, 控制逻辑为“与压缩机启停同步”。

另外, 实际运行过程中, 经常出现由于管径过小, 导致阻力增大, 导致油流开关频繁报警的情况发生。因此, 建议管径设计上要考虑较大裕量, 保证油路的通畅和压缩机安全稳定的运行。

结束语

单级双级螺杆压缩机具有制冷量大、压缩比高、降温速率快、冷量调节方简单等特点, 是大型低温试验室的配套冷源的首选产品

参考文献

[1]吴业正, 韩宝琦.制冷原理及设备[M].西安交通大学出版社, 1995.78-94

[2]李军.螺杆式双级压缩系统的分析与应用 (上) [J].制冷与空调, 2004, 4 (4) , 52-56.

[3]李军.螺杆式双级压缩系统的分析与应用 (上) [J].制冷与空调, 2004, 4 (5) , 66-85.

螺杆制冷机系统篇2

烟台冰轮始终把创新作为企业发展的源动力, 技术创新使冰轮永葆核心竞争力, 人本创新使冰轮储备持久的学习型人力资源, 文化创新使冰轮成为与客户和谐发展的战略伙伴。

在23届中国制冷展上, 烟台冰轮展出了CO2螺杆制冷压缩机组, 该机组是烟台冰轮在具有自主知识产权的螺杆制冷压缩机核心技术基础上研发成功的。机组性能指标均达到了国际先进水平, 其自身环保、节能等优点为人类应对臭氧层破坏和全球变暖等问题, 探索了一条可行的制冷剂替代之路。

CO2螺杆制冷压缩机组产品特点:

螺杆制冷机系统篇3

关键词：螺杆制冷压缩机组,运行情况,改进措施

兖矿国宏化工有限责任公司是以高硫煤为原料生产甲醇的大型化工企业,设计年生产能力50万吨甲醇。合成车间净化原料气采用低温甲醇洗技术,每年排放的净化废气量20余万吨,其中CO2含量≥97.0%。为回收废气中的CO2,实现节能减排,我公司采用国内先进技术新建一套年产5万吨食品级液体CO2装置。生产的液体CO2,一部分做为生产碳酸二甲酯(简称DMC)的原料,一部分做为商品销售。螺杆制冷压缩机组的作用是使气体CO2液化,以便于液体CO2产品的提纯、运输和贮存。螺杆制冷压缩机是液体CO2装置中的关键设备,其运行质量的好坏对液体CO2产量影响较大。经过充分调研,我公司选用武汉新世界制冷工业有限公司生产的制冷机组,一年来机组运行稳定,制冷量满足设计生产能力。现把我公司制冷机组流程、机组的特点和运行情况总结如下:

1 螺杆制冷压缩机组的概况

1.1 制冷流程

从蒸发器出来的低温低压氨气被吸入螺杆压缩机内,压缩成高压高温的过热蒸气,经油分离器分离出润滑油后进入冷凝器。由于高压高温过热氨气的温度高于其环境介质的温度,且其压力使氨气能在常温下冷凝成液体状态,因而排至冷凝器时,被冷凝成高压常温的液氨进入贮氨器。部分高压常温的液氨由贮氨器通过膨胀阀进入经济器,在经济器壳层内液氨因蒸发吸热使其本身的温度下降成为低压低温氨气,大部分高压常温液氨经过经济器管层与低温低压氨气换热后成为低压低温的过冷液氨。低压低温的氨液进入蒸发器和提纯塔顶部与气体CO2换热,液氨吸热蒸发成为低压低温的氨气,CO2气体冷凝为液体从而达到制冷的目的。从蒸发器出来的低压低温氨气重新进入螺杆压缩机,进入下一个制冷循环。冷凝器和油冷器均采用循环水进行冷却氨气和润滑油。集油器用来存放从油分离器、冷凝器和贮氨器中分离出来的润滑油,并在低压下将油放出。空气分离器的作用是把氨系统中混有的空气及其它不凝性气体及时排除出去,以提高冷凝器的传热效果。紧急泄氨器是用来在紧急情况下,迅速将液氨放掉,在泄氨时使氨与水溶解成氨水后再排放。(见制冷系统工艺流程图)

1.2 制冷机组的特点

1.2.1 螺杆制冷压缩机组带有能量调节机构,在不同的环境与负荷下,机组能量可在10%~100%之间进行无级能量调节,节省运行费用。

1.2.2采用经济器系统,液氨在进入蒸发器前先经膨涨阀进入经济器中被冷却为过冷状态,机组制冷量增加约30%,而轴功率只增加7%。所以带经济器的螺杆制冷压缩机组的制冷效率比普通螺杆制冷压缩机组的制冷效率高,节省电能,蒸发温度越低,节能效果越明显。

1.2.3 采用压差供油方式,润滑系统在机器运转时的供油靠排气压力与吸气压力的压差保证,一个小油泵仅在开机前提供预润滑油,油泵故障率极低,降低运行费用。

1.2.4 自动化程度高,机组能量调节滑阀及内容积比调节机构均由微机自动控制,保证压缩机在各种工况下均运行在效率最高点,运行更经济,便于实现自动化控制。

1.2.5 采用较大换热面积的冷凝器,卧式冷凝器的换热面积为300m2,最大限度降低液氨的温度,提高制冷机组的制冷效率,在相同制冷量的情况下,大幅度降低电耗。

1.2.6 采用高效卧式三级油分离器,三级分离均在油分离器内部完成,极大地减少制冷机组润滑油的损耗、节省了机组的运行费用。

1.3 制冷机组基本参数

根据我公司液体C02装置的制冷量的要求,结合现场实际情况,经过优化设计,我公司确定了螺杆制冷压缩机组的基本参数,见下表。

2 装置运行情况及改进措施

2.1 装置运行情况

该装置自投产以来,装置运行平稳,各项运行参数均达到设计指标,制冷机组部分运行指标如下:

2.2 装置运行中存在问题及建议

2.2.1 因现场仪表就地控制箱同螺杆压缩机是撬块制造,冰机运行时有时振动较大,易造成仪表电缆接头因机组振动而松动,影响机组的长周期运行,建议把仪表就地控制箱与螺杆制冷压缩机单独放置。

2.2.2 由于循环水中杂质会在油冷器和冷凝器内水管内积聚而降低换热器的传热系数,因此必须定期对油冷器和冷凝器进行清洗。最好在换热器前增加过滤器。建议在油冷器和冷凝器循环水进回水管道进入换热器前增设短接,便于清洗时管道的拆装。

2.2.3 严格控制冰机排气温度在60℃以上,防止冰机带液。如发现冰机带液,应及时排出润滑油中的氨,建议采用油分离效果高的专用润滑油。

2.2.4 蒸发器采取高液位操作,以提高换热效果,当蒸发器换热效果大幅度下降时,应及时排出蒸发器中的氨,以提高生产能力。

2.2.5 经济器外部和出经济器管道应进行保冷,以减少冷量损失。

3 结束语

随着工业生产的不断进步,螺杆制冷压缩机组以其结构紧凑、易损件少、调节范围大等优点被广泛地应用在冷冻、冷藏、空调和化工工艺制冷等制冷装置上。我国螺杆制冷压缩机组的制造单位,通过引进新技术和新加工设备,螺机组的性能和可靠性已达到国际先进水平,螺杆制冷压缩机组的制冷量范围逐步扩大。在螺杆制冷压缩机运行组过程中,设备运行条件在不断发生变化,我们要根据各单位生产条件和设备实际状况,不断总结螺杆制冷压缩机组的运行经验,加强设备维护,确保机组长周期稳定运行,为整个制冷装置的正常运行保驾护航。

参考文献

螺杆制冷机系统篇4

关键词：螺杆式制冷机组,运行,问题,原因分析,处理措施

随着工业生产的不断进步, 制冷设备在石化以及化工企业的应用越来越广泛, 螺杆式制冷机组以其结构紧凑, 易损件少, 调节范围大、GOP值高等优点为许多企业采用。

某单位配备单台制冷量为368kW的LC2000F-450E型智能化螺杆式制冷机组两台, 作为装置深度冷却中间产品和低温储存成品的设备, 与装置整个系统关系密切, 运行的好坏直接影响中间产品的回收以及成品的损失率。

由于对装置介质物性了解不够, 机组部分部件选材时未考虑腐蚀问题, 加上机组结构不太合理, 投用几年来故障不断, 对装置的生产影响很大。

1机组概况

1.1机组基本参数

型号:LC2000NT-450E

制冷量:368 kW

载冷剂出口温度:-5～-15 ℃

载冷剂进口温度:-10 ℃

油温:45 ℃

排气压力:1.1～1.4 MPa

吸气压力:0.1 MPa

压缩机电机功率:250 kW

压缩机电机型号:YB355S4-2

1.2机组结构特点

机组集制冷、电气启动、控制为一体, 自动化程度高。主机由螺杆式制冷压缩机、干式蒸发器、冷凝器、经济器、电脑控制器等组成。

机组采用KF型能量可调式喷油螺杆压缩机, 压缩靠两个螺杆相向运动实现。油泵供给的润滑油通过油分总管喷入压缩机腔内, 润滑螺杆、吸收部分压缩热, 降低排气温度, 提高压缩机工作效率;压缩机腔内螺杆下方设有控制滑阀可以从10 %到100 %实现无级能量调节, 能量调节可实现电脑自动控制, 能量大小经过能量指示器后从电脑控制器屏幕读出。

LC2000NT型电脑控制器是机组控制的核心, 借助温度传感器, 实现载冷剂温度, 冷却水温度, 吸、排气温度及油温的监测;通过高低压开关、断路开关来监测机组载冷剂、水、气状态, 实现系统故障实时监控;电脑控制器通过对主电机, 油泵, 供液阀等主要部件的控制, 实现机组的自动开停和能调的自动、手动调节或控制。

1.3制冷基本流程

制冷剂气体由螺杆压缩机压缩成高压蒸汽, 经油分离器分离出冷冻油后进入冷凝器中, 被冷却成液体, 经过滤器、电磁阀、热力膨胀阀进入蒸发器管程, 与蒸发器壳程中的载冷剂换热, 载冷剂温度降低, 制冷剂液体蒸发成低压气体, 被压缩机吸入, 形成一个制冷循环[1]。

2运行中出现的主要问题

2.1能量指示器指示失灵, 机组开机困难

能量指示器是机组控制滑阀开度的显示部件, 为确保机组低负荷开机, 控制程序将开机时滑阀的开度设置为10 %, 开机逻辑自检时, 只有开度达到设定值后, 才继续下一步, 如果显示值出现偏差, 开机程序将重新检定, 直到符合设定条件为止, 否则机组将无法启动。

从2003年6月, 一直显示正常的能量指示器示值出现偏离现象, 要么大于10 %, 要么干脆没显示, 机组无法启动, 这种情况一月内出现20多次;为了开机, 采取了拆开能调端盖, 人为调节能量指示器电阻值, 使数值靠到10 %, 欺骗程序的办法, 这样机组虽然能启动了, 但滑阀的实际阀位并没在10 %位置, 机组高负荷启动, 导致电机过载严重跳闸;而且能量显示器显示数值与实际数值的偏差无依据修正, 越调整偏差越大, 形成恶性循环。

2.2电脑控制器指示失灵

电脑控制器是机组的核心, 机组开、停机, 控制、调节等所有操作都必须在电脑控制器面板上通过按键进行, 控制器出现问题, 机组将无法使用。

2003—2005年, 两台机组先后因控制面板按键失灵、显示器黑屏, 电脑控制器死机, 部分温度显示失灵, 控制器电源等故障, 累计停机220余次 (有时每班2次) ;共进行了5次大修, 更换6块主板、控制器电源3个, 机组的开机、运行成了问题。

由于每次控制器故障突然, 机组无法按规程收氟, 使机内氟利昂大量跑损, 仅上述几次检修充氟累计超过1 000 kg, 冷冻机油补充累计超过800 kg, 物料损失是一方面, 最关键的是对生产的影响, 每次检修装置都面临降量危险, 非常被动。

2.3机组不适应新的运行工况

机组载冷剂出口温度原设定值为-5～-15 ℃, 2004年12月后, 装置热负荷比原设计负荷减少很多, 随着装置工况的变化和冬季气温较低, 机组在最低负荷下手动运行, 控制在设定值边缘-3～-6 ℃, 装置的冷却设备出现大面积冻凝现象, 机组不得不间歇运行, 即机组运行至载冷剂温度低限后停机, 待载冷剂温度升至上限后再开机的措施, 来维持生产, 频繁的开、停机又使得装置参数波动大, 机组冷、热交替, 损伤严重。

后来为了解决间歇运行带来的麻烦, 又减少机组制冷剂的填充量, 通过降低机组制冷效率来实现机组连续运行, 但机组电耗大幅上升, 机组维持操作也愈加困难。

2.4油冷器频繁泄漏

油冷器是用来冷却机组润滑油的部件, 基本结构为一个固定管板换热器, 壳体采用20R材质, 管子采用20号钢材质焊接在固定管板上, 油冷器前边与油气分离器相连, 与油泵连接。

从2004年12月开始, 两台机组油冷器开始出现泄漏, 考虑制冷剂低沸点的特性, 为避免泄漏, 原设计制冷剂管路上没有阀门, 仅在本体处用法兰连接, 油冷器、油气分离器间无法截断, 油冷器前面的油气分离器负责汇集、分离制冷剂和润滑油;油冷器泄漏, 检修时须将系统内润滑油和制冷剂全部放出才能进行。

另外, 机组设计时只考虑有效利用安装空间, 机组结构异常紧凑, 油冷器安放在压缩机下部, 检修空间狭小, 油冷器需要检修时, 先得把妨碍油冷器拆装的油气分离器拆开、移走后, 才能实施, 难度和损失很大。

3问题产生的原因及采取的措施

3.1能量指示器安装问题和开机程序问题

能量指示器的主要部件为一支可变电阻, 通过顶丝安装在滑阀定位销头部, 当机组负荷发生变化时, 滑阀沿轴向前后滑动, 改变机组螺杆有效长度, 定位销同时发生转动, 转动角度为0°～180°, 带动紧固在销头的可变电阻同步转动, 使阻值发生变化, 从而实现滑阀机械信号到电信号的转化, 转化后的信号在控制器显示板上以数字显示。

滑阀销杆为圆柱形, 硬度较大, 可变电阻靠顶丝与销杆固定, 机组运行时, 由于振动、顶丝出现松动, 导致销杆的转动与可变电阻转动不同步, 所以造成滑阀实际开度和显示开度出现偏差。

另外, 由于在机组开机程序中, 将开机时滑阀的开度设置成了一个点即10 %, 当信号出现衰减或有偏差时, 机组开机逻辑自检, 判断条件不成立, 所以无法开机。

针对上述问题, 把滑阀销杆头部由圆形加工为半圆形状, 并对可变电阻对应部位进行加工, 使其成为凹凸配合方式;并将可变电阻外壳与机组机壳固定, 销杆与可变电阻转动不同步问题得到了解决。

利用机组改造机会, 修改了机组开机程序, 将开机滑阀开度10 %修改为10 %～12 %, 并增加了显示范围, 彻底解决了原来大于10 %不能开机, 小于10 %无示值问题;同时在电阻外增加屏蔽罩, 解决了信号衰减问题。

3.2电脑控制器失灵问题

该系列机组原设计为民用制冷机组, 电脑控制器中主板与各个元件接口均采用插拔方式, 设计时未作防爆考虑, 后来厂家对控制器外箱体进行了防爆改造, 增加了密封条, 但是电子元件未升级。

机组安装于室外, 空气湿度大、环境差, 控制器外壳密封不好, 大气对主板以及元器件不断腐蚀, 加剧了元器件的损坏, 而导致元件故障、接点、主板、电源等损坏。

另外, 电脑控制器安装在机组本体上, 机组本体与基础通过减振橡胶连接, 运行时机组振动严重, 使主板与元件松动, 造成控制器死机、按键失灵, 黑屏等现象。

2006年对控制部分进行了彻底改造, 对硬件进行了升级, 更换了数据线和全部的主板、元件, 对控制软件进行了升级, 增加了保险, 解决了因机组振动造成的板卡松动和由于大气环境恶劣导致的元件腐蚀问题。

2009年对控制器进行了彻底检测, 在控制板上增加了稳压电路, 更换了由于负荷变换导致错误动作的继电器, 调整了运行程序, 彻底解决了机组的按键停机和因控制指令紊乱导致的技术故障。

3.3机组间歇运行问题

冷却器冻凝的原因, 主要是由于装置热负荷不足, 机组冷量太大造成;由于装置负荷变化, 原设计的载冷剂出口温度-5～-15 ℃的设定参数不再适用, 需要重新对机组进行评估和改造。

经过仔细论证, 在确保机组不做大的动改的情况下, 修改了机组设定程序, 将制冷剂出口温度设定参数改为0～-15 ℃, 加宽了设定范围;更换了适合新参数的热力膨胀阀, 重新校核机组制冷剂充装量, 甩掉了经济器, 机组的运行状况和效率得到了改善。

3.4油冷器泄漏问题

该机组原设计为中央空调主机, 主要适用于大型商场、宾馆、办公场所, 机组的冷却水为独立的自用系统, 水质除了长时间使用浓缩外, 相对稳定, 故未考虑冷却水的腐蚀问题, 也未对管束作防腐处理。

该装置机组的冷却水与装置冷却水共用一个系统, 除了给机组提供冷却水外, 还担负着装置所有冷却设备的冷却任务, 由于该装置物料有强酸、强碱、高硫等特点, 作为第一套精细化工装置, 初设时设备选材、防腐方面无章可寻, 设备、管线腐蚀现象较严重, 设备泄漏时有发生, 漏出的物料进入循环水中。

对泄漏的油冷器解体检查发现, 因腐蚀管子减薄非常严重。另外从泄漏情况看, 漏点除管壁存在外, 还集中在管子与管板的焊口部位, 应该与制造过程中的焊接质量有关, 相应处理不够是造成这些漏点出现的直接原因。

为此, 更换了泄漏严重的油冷器管束, 对新的油冷器管束进行了内外防腐处理, 同时, 加强对循环水质的检测, 强化了循环水的管理。并把油冷器从压缩机下方移出, 安装在机组旁边, 解决了腐蚀和检修困难问题。

4结语

制冷机组在沧州炼油厂属于新型设备, 设备的使用、维护、故障分析、处理等都是一种挑战, 经过几年来的努力, 了解并熟悉了机组的特性, 运行中出现的问题一一得到了解决, 机组的运行状态越来越好, 基本实现了安全、平稳、高效运行, 同时锻炼了职工队伍, 提高了技术水平, 为今后处理同类设备问题积累了宝贵的经验。随着生产的不断深入, 设备运行条件在不断变化, 要不断努力, 优化操作, 加强维护, 确保机组使用寿命, 为装置生产保驾护航。

参考文献

螺杆制冷机系统篇5

中国石化沧州资产分公司亚砜装置拥有单台制冷量为368 kW的螺杆式制冷机组两台,一开一备配置形式,2005-2006年生产周期,其中一台机组在运行中出现螺杆压缩机吸气端壳体外壳结霜现象。同时,机组的制冷量大幅下降,对装置安全生产构成很大威胁,为了维持操作,不得不开备机来控制温度。找到机组问题出现的原因并及时消除故障,成为最迫切的工作。

1 机组概况

1.1 机组基本参数

机组基本参数见表1。

1.2 结构形式

该机组由能量可调式喷油螺杆制冷压缩机、干式蒸发器、冷凝器、经济器、油泵,油冷却器以及电脑控制器等部分组成。

压缩机靠阴阳两个转子实现压缩,油泵供给润滑油通过油分总管向压缩机腔内喷油,润滑转子,吸收部分压缩热量。

压缩机下部控制滑阀可实现10%～100%无级能量调节,能量调节可以通过电脑控制系统实现全自动或手动控制。

电脑控制器为机组的控制核心,可以实现远程监控,机组合制冷、电器启动,控制系统为一体。

2 机组故障现象及分析

2.1 故障现象

2005年5月,该机组在温度自动调节状态正常运行,载冷剂出口温度忽然上升,装置冷却器温度也呈直线上升趋势;机组滑阀开度由原来正常运行时的最大60%左右,很快加载到100%,即机组满负荷运行状态。

吸气压力、排气压力、油温,喷油压力等运行参数无明显变化,压缩机电流略有增加,制冷剂出口温度上升,机组蒸发器到压缩机入口管线未保冷部分有结霜现象,特别是压缩机吸气端机壳外部被大量的冰霜覆盖,机组声音发沉、发闷,机组满负荷运行近1小时时间,载冷剂温度不降反而继续上升,为了保证装置物料的冷却,紧急启动了备用制冷机组,才将不断攀升的温度控制在指标之内。

2.2 故障分析

操作记录和装置工艺运行参数显示,装置近期未进行操作调整,环境温度也没出现突变,装置的热负荷相对稳定。

机组的压力、温度等关键参数未大幅变化,说明机组管路堵塞、制冷剂泄漏等故障可以被排除;但从机组声音发沉、发闷,电机电流增加等情况看,机组负荷有所增加。

结霜的部位是从蒸发器出口一直到压缩机入口,包括管线(保冷层缝隙)和机组吸入端机壳,表明这段流域中有热交换发生。

正常情况下,蒸发器出口的这段管线中介质为气态的制冷剂,温度接近常温,现在看来,应该是制冷剂温度低于水汽凝结温度。制冷剂未能在蒸发器中完全蒸发或临界蒸发,从蒸发器中出来后,在管线中继续蒸发,吸收大气环境的热量,使空气中的水汽凝结直至结霜。

3 原因分析

从制冷剂流程分析,问题应该在冷凝器后蒸发部分,制冷剂先经过干燥过滤器、膨胀阀、蒸发器等部件,然后到压缩机入口,可能有下面几种原因:

3.1 机组膨胀阀的问题

制冷机组的膨胀阀其实就是一种节流阀,安装在冷凝器后、蒸发器前,通过对冷凝器出来的低温高压制冷剂液体节流,使制冷剂降压后喷入蒸发器,吸收载冷剂的热量,由液态变成气态送入压缩机,载冷剂本身热量被吸收后温度降低,从而实现机组制冷要求;膨胀阀一般具有手动和自动调节两种功能。

该机组采用外平衡式热力膨胀阀[1],通过控制机组蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂的流量而达到随时地控制机组的负荷,当蒸发器出口制冷剂温度升高时,感温包内液体膨胀,压迫弹性金属膜片,金属膜片推动调节杆下移,关小阀门流通面积,使通过的制冷剂减少,从而实现要求的制冷剂量,一般膨胀阀都可以通过感温包所感知的温度实现调节。如果阀内薄膜出现问题或弹簧断裂、调节杆卡塞,就会造成膨胀阀调节失灵而导致制冷剂流量异常;另外膨胀阀的开启度设定的不合适也会造成制冷剂流量不合要求,制冷剂通过量太大就可能导致在蒸发器内蒸发不完全,出现结霜现象。

通过膨胀阀前制冷剂视镜对比制冷剂流量,出现异常前后制冷剂的流量只是有稍微变化,液位从1/2增加了一点,手动减载后,视镜内制冷剂流量下降很快,证明膨胀阀能自动灵活地调节;同时采用手动调节膨胀阀调节杆控制膨胀阀的开度,改变制冷剂流量,运行一段时间,压缩机以及管线结霜现象没有明显变化,机组制冷效果严重不足,可以判断膨胀阀流通不存在卡塞等问题。

而膨胀阀的过热度经过数次检测,数值均在5～8之间,平均为6.5,说明膨胀阀的开启度设定也很正常,所以膨胀阀不存在问题。

3.2 制冷剂充装量的问题

制冷剂是机组制冷的关键,其充装量必须符合机组热负荷和机组容量的要求。

制冷剂充装量过少,机组制冷量会下降,影响机组出力;制冷剂充装量太大,机组制冷量虽然增加了,但压缩机的负荷也会增加,机组电耗增大,同时制冷剂过多,也可能造成蒸发器运行异常,导致管线和机壳结霜。

另外,制冷剂过量会造成机组入口温度下降,使冷冻机油温过低,粘度增大,流动性能变差,使滑阀的动力油流动受影响,滑阀不能打开,机组制冷量减小。

在调节油冷却器冷却水的流量,提高冷冻机油温后,使用蒸汽加热结霜部位,发现机组加、减载灵活,但机组制冷效果无明显变化,滑阀卡塞或因动力油温低调节不到位的可能性被排除。

故障后,系统检查,没有发现制冷剂系统有大的漏点,仅仅因为压缩机轴封和油泵轴封的泄漏,不至于在短期内出现制冷剂的大量流失。在检查了制冷剂系统压力表后,对系统内增加了制冷剂充装量,将机组的吸气压力由0.08MPa提高到了0.1MPa后,运行发现机组的制冷量增大,但是机组的结霜现象也有严重趋势,对比加剂前的情况,制冷剂量问题也可以排除。

3.3 蒸发器的问题

制冷剂通过膨胀阀的节流,进入蒸发器,在蒸发器中由液态变成气态,制冷剂蒸发吸收管外载冷剂中的热量,使载冷剂温度下降从而实现制冷。

该机组使用的蒸发器为干式壳管蒸发器,该蒸发器基本结构像一台固定管板式换热器,钢板筒体两端各焊一块管板,管板间涨接多根导热系数很高的铜管,管板外部装有带隔板的端盖,隔板将铜管分割成几个管组(通程),制冷剂在铜管内流动,载冷剂在管外流动。

这种蒸发器属于非满液式结构,管内充液量一般为管内容积的40%左右,也就是说,正常状况下,在膨胀阀的调节下,进入蒸发器的制冷剂应该能完全蒸发变成气态;假如蒸发器内制冷剂太多或蒸发不完全会造成蒸发过程延长,使蒸发时间和路途增加,导致蒸发器后管路结霜。

从膨胀阀的检查情况来看,阀门调节灵活,制冷剂通过量均匀,故蒸发器内充液量不会超标。

蒸发器换热效果突然变差,最大的可能就是管束堵塞和流通距离变短。

由于管内流动的制冷剂先后经过粗虑器、精虑器和干燥过滤器过滤,管束内管子很多,大量管子突然堵塞的可能性不大。

管外壳程一即载冷剂流通部分处于密闭的载冷剂系统中,载冷剂直接与装置内的冷却设备连接,冷却设备出现泄漏时,冷却介质会串入载冷剂系统,导致载冷剂污染,使蒸发器管路结垢;载冷剂系统内管线清洗不彻底,有杂质,在运行状态载冷剂在管线中流速较快,一般不会在管线中积存,通过蒸发器时,由于截面积突然增大,载冷剂流速急剧下降,杂质极易沉积于此,导致管子间堵塞。不过这种淤积是慢慢形成的,即使系统清理不净也不会有大块杂质,所以堵塞现象不会突然大到使流通面积发生巨变。

在对蒸发器解体后,检查、清洗壳程发现,壳程内仅有微量淤泥,没有大面积堵塞现象;在打开蒸发器端盖检查管程,发现蒸发器端盖隔板与蒸发器管板间的垫片被挤到旁边,隔板与管板间形成20 cm长,0.5 cm宽的通道。于是这样蒸发器由两管程变成了一管程,制冷剂的流动距离和面积减小了一半,因此造成制冷剂在蒸发器后继续蒸发,机组制冷量下降,蒸发器出口管线和压缩机外壳出现结霜现象。

4 处理措施及效果检验

经过对垫片和蒸发器管板、端盖隔板检查,垫片材质为耐氟橡胶垫,弹性很大,没有撕裂痕迹;蒸发器管板上没有凹槽,垫片仅靠端盖隔板把橡胶垫压在平面上,安装时隔板垫片位置稍偏或压不正,制冷剂系统压力变化一大,垫片极易从隔板处被挤出。

针对这种情况,更换了垫片的材质和形式,同时在安装时使用耐低温的强力黏结剂把垫片粘到管板上,同时避免压偏,重视安装质量检查,在采用一系列改进措施后,机组运行至今,未再发生同类问题,故障得到了彻底的解决。

5 结语

随着企业“安、稳、长、满、优”运行要求的提高,转动设备在运行中随时会出现一些意想不到的问题,如果不加以重视,轻则影响设备运行,严重了可能影响整套装置生产,甚至酿成安全事故;实践证明,只要思想上重视,仔细观察、分析异常现象,通过深入研究,就能找到问题原因。通过改造、调整操作等措施,把故障消除,使设备处于完好的运行状态,更好的为生产服务,为企业安全创效打下良好的基础。

摘要：针对沧州炼油厂亚砜装置螺杆式制冷机组运行中出现的压缩机壳体外表面结霜问题,查找、分析故障原因,并采取多种措施进行处理,解决了影响机组正常运行的问题,保证了亚砜装置的安全生产。

关键词：螺杆式制冷机组,压缩机壳体,结霜,原因分析,解决措施

参考文献

螺杆制冷机系统篇6

螺杆空气压缩机通过压缩气体来输送气体, 增加气体压力的动力机械装备。螺杆空气压缩机由于所使用的零部件数量较为有限、多为耐损件, 因此具有较高的可靠性、无故障运行时间长;由于多采用封闭式、自动运行模式, 因此可以节省大量的人力物力进行维护;螺杆空气压缩机输出动力稳定、具有较强的环境适应能力, 因此螺杆空气压缩机的应用十分广泛, 在各个行业都可以看到螺杆空气压缩机工作的身影。各种以空气动力作为主要做功动力的地方、领域均会用到螺杆空气压缩机, 比如在化工制造、大型装备起吊、武器发射系统、矿山冶炼、建筑装饰等领域都离不开螺杆空气压缩机。特别是在冷链行业的应用更为广泛, 通过利用相关制冷剂来进行冷冻冷藏、空气调节等功能, 实现人工制冷功能[1][2]。在大中型化工生产企业多数采用螺杆压缩机进行制冷, 在当前受能源及环境约束越来越趋紧、各地都在追求科学发展的新形势下, 提高螺杆压缩机设备的能源利用率, 既有利于绿色、节能、环境, 减少温室气体排放;更能为化工企业降低生产成本, 提高企业核心竞争力, 因此, 加强对化工行业中螺杆压缩机制冷过程冷量的利用优化, 具有重大而深远的现实意义。

二.螺杆空气压缩机概述

螺杆式制冷压缩机由于其具有结构简单、易于维护、排温低、压比大等优点, 被各个行业广泛应用, 是制冷设备的重要的配套装置之一。螺杆空气压缩机属于容积式压缩机, 主要采用高效带轮 (或轴器) 传动, 带动主机转动进行空气压缩, 通过螺杆的转动, 因螺杆间的相互咬合变化, 使空气压缩机腔内空气容积发生不断变化, 通过吸入、压缩、排气[3], 实现气体压力的周期变化, 完成空气交换, 实现对空气的压缩传送功能。

1、螺杆空气压缩机主要类型

根据空气压缩机所使用螺杆的数量多少, 螺杆空气压缩机可以区分为双螺杆空压机和单螺杆空压机, 其中双螺杆空气压缩机的应用更为广泛。因为双螺杆空气压缩机具有以下优点:可靠性高、操作维护简单、动力平衡好、适应性强。双螺杆空气压缩机缺点:造价贵、不能用于高压场合、不能用于微型场合。单螺杆空气压缩机优点:理想的力平衡性, 噪声低、振动小。单螺杆空气压缩机缺点:啮合副形复杂、泄漏通道较多、对机器性能容易产生较大影响。同时, 根据其它分类标准, 螺杆空气压缩机还可以有其它分类, 在此不在一一一述赘述。

2、螺杆空气压缩机的基本结构

螺杆空气压缩机在上世纪40年代被瑞典皇家工学院教授Lysholm首次设计制造, 之后经过多年的技术创新, 螺杆空气压缩机技术更趋成熟、稳定, 已经成为制冷、空气动力等行业的重要装备之一。螺杆空气压缩机的核心部件为螺杆, 也是空气压缩机的主要构件之一。通过它由平行设置的一对啮合紧密的螺杆组成, 其中一个为阴转子, 另一个为阳转子[4], 其中阳、阴转子的齿数比为5:6。各转子两端轴上装有高精度的轴承, 从而确保了转子与机壳, 阳、阴转子之间具有很小的间隙, 因此压缩机始终能保持较高的工作效率及长期运行可靠性, 充分显示了螺杆压缩机开工率高的特性。

3、螺杆空气压缩机的工作流程

螺杆空气压缩机主要通过螺杆的啮合, 达到改变气缸容积, 完成压缩机的工作流程。螺杆空压机的工作流程很繁杂, 但归结起来主要工作流程为:吸气、压缩和排气三个主要过程[5]~[8]。

(1) 吸气

当螺杆转动时, 螺杆一边齿逐渐解除啮合而形成较大的空间部位, 该空间部位的容积的不断扩大, 空间内压强变小, 在吸气孔与螺杆内空间之间产生较大压差, 外部气体受压差的影响而不断吸入其中。这一过程随着阳转子的齿与阴转子的分离, 同时始终与吸气口保持连通, 而不断加大, 直到阴阳转子分离达到最大值, 空间容积也达到最大值, 吸气过程结束。吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封, 齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中, 即封闭过程。

(2) 压缩

当螺杆空气压缩机完成吸气过程之后, 伴随着螺杆的转动, 齿与机壳间的封闭空间不断随着阴阳转子的啮合, 而逐渐减少, 空间的不断减少, 使气体的体积不断减少, 从而致使内部气体压强不断增大, 这一过程就是螺杆空气压缩机的压缩过程。

(3) 排气

当内部气体空间达到最小值, 压缩机的压缩过程结束, 当阴阳螺杆间空间与排气口相通后即开始进行排气过程。随着齿间容积的不断缩小, 具有内压缩终了压力的气体逐渐通过排气口被排出, 这一过程一直持续到齿末端的型线完全啮合为止, 此时齿间容积内的气体通过排气口被完全排出, 封闭的齿间容积的体积将变为零。空气压缩机通过上述吸气、压缩、排气的过程, 实现对空气的压缩传送。

三、某化工项目中螺杆压缩机制冷过程冷量利用优化改造

笔者所参与的某化工装置螺杆压缩机制冷设备, 采用的是约克公司的产品。该公司具有雄厚的技术支撑体系, 产品丰富、技术先进、产品质量可靠, 是全球重要的制冷设备供应商。公司之所以选择约克公司产品, 也是出于对约克公司产品质量、技术水平及服务水平的全面考量作出的决定。该化工装置制冷采用的螺杆式压缩机, 其中压缩机撬块设置过冷器, 为经济器螺杆制冷循环系统, 对其流程进行了优化, 使得冷量利用更趋合理。

1、优化改造前存在主要问题

螺杆压缩机存在较多的运动部件, 使得压缩机的容积效率较低。由于螺杆中螺纹的精度有时出现问题, 容易导致整机设备的机械稳定性降低, 导致设备故障率高, 维修率较高, 给正常的生产经营活动带来严重影响。过去由于受钢铁生产水平的限制, 生产螺杆所使用的钢材品质和性能不稳定, 容易使齿轮进行啮合时产生泄漏, 甚至会出现咬死的现象。这会给设备的维修维护带来较大压力, 增加了人工成本和材料消耗。因此改用性能质量更优的钢材, 或者是其它优质的新型材料, 提高螺杆的强度, 降低膨胀系数将是有效解决这一难题的终极解决办法。另外, 螺杆型线有待进一步的优化, 进一步优化线型, 提高密封性, 提高螺杆空气压缩机的作业效率。同时, 还存在由于过冷程序简单、过冷不充分, 而造成冷量浪费, 这是需要进行优化改造的重要原因之一。

2、优化改造措施

该螺杆空气压缩机制冷系统, 由于喷油使得低压级及高压级的排气温度降低, 系统优化改造中, 采用了中间不完全冷却循环, 压缩机撬块设置过冷器, 为经济器螺杆制冷循环系统, 将中间冷却器输出的一部分具有冷量的制冷剂液体进一步进行过冷。优化改造前的系统制冷流程如图1所示。

经过冷凝器之后的液体, 经过两级冷后, 其温度可再降低到-10~-30℃, 与优化改造前相比, 该优化后的循环系统可以使COP值得到进一步提高。优化改造后的螺杆压缩机制冷流程如图2所示。

论文可以就此方向展开论述, 简要介绍其原理, 增加数学推导及相关附图附表, 重点

四、冷量利用优化后节能效果测算

依据螺杆压缩机的特性, 其轴功率PZ (KW) 、制冷剂流量QD (m3/min) 和转速n (rpm) 满足以下条件:

式1、式2中:

MR-压缩机输入平均扭矩, N·M;

K-效率系数, 主要与气缸容积、内部压力、温度及泄漏相关的系数;

N2-优化后的压缩机转速, rpm;

V-气缸容积, m3。

由式1、式2的线性关系可知, 当螺杆压缩机的电机转速降到额定转速的75%, 则消耗电能功率亦为75%, 即节能效果接近25%。