錫牌LGFD250空氣壓縮機油冷器改造效果分析

王劍飛，張富省，杜家安

（中石化華北油氣分公司采氣一廠，陜西榆林 719000）

1 儀表風(fēng)系統(tǒng)概述

大牛地氣田處理站有增壓單元和脫水脫烴單元兩個主要裝置區(qū)，主要承擔(dān)大牛地氣田外輸天然氣凈化分離、副產(chǎn)品分餾銷售以及增壓外輸任務(wù)。站場配置有大型壓縮機組15臺，15Mm3/d天然氣處理分餾裝置1套，設(shè)備和裝置運行需要穩(wěn)定的儀表風(fēng)供應(yīng)。

站場儀表風(fēng)系統(tǒng)配置有螺桿空壓機3臺，其中艾能牌空壓機（供氣量26.5m3/min）2臺，錫牌空壓機（供氣量35m3/min）1臺。錫牌空壓機較艾能牌空壓機排量更大，目前是站場儀表風(fēng)系統(tǒng)的主氣源，年運行時間在6 000h以上。

2 錫牌空壓機結(jié)構(gòu)參數(shù)及原理

2.1 空壓機的主要結(jié)構(gòu)

空壓機主要由電動機、主機、空氣過濾器、油過濾器、進(jìn)氣控制器、油分離器、油位指示器、冷卻器等組成。

2.2 工作原理

由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入端輸送至輸出端，實現(xiàn)螺桿式空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。機組潤滑油隨壓縮空氣由機頭壓至油分離器，再經(jīng)油冷器冷卻后進(jìn)入機頭，通過不斷往復(fù)循環(huán)，對機頭進(jìn)行潤滑和冷卻，所以控制潤滑油溫度是控制機組溫度的關(guān)鍵。

3 存在問題及原因分析

3.1 存在問題

錫牌空氣壓縮機夏季運行時排氣溫度較高，經(jīng)常超過機組允許范圍（80～90℃），屬于超溫運行，且多次出現(xiàn)高溫報警停機的情況（排氣溫度超過110℃自動報警停機）。

3.2 原因分析

（1）設(shè)計時未考慮海拔對機組的影響，海拔越高，冷卻效果越差 （海拔越高大氣壓力越低，風(fēng)扇的壓力越低，導(dǎo)致散熱效果越差），錫牌空氣壓縮機安裝地海拔1 281m，而錫牌空氣壓縮機設(shè)計的限值海拔高度≤1 000m。

（2）錫牌空壓機潤滑油和壓縮空氣冷卻器是鋁制板翅式結(jié)構(gòu)，依靠風(fēng)扇強制送風(fēng)冷卻，冷卻器面積和送風(fēng)量的大小直接影響冷卻的效果。將錫牌空壓機與同一使用環(huán)境的艾能空壓機散熱情況進(jìn)行對比，見表1。

表1 錫牌空壓機與艾能空壓機散熱參數(shù)對比表

由表1可知，在功率比為1.57的情況下，錫牌空壓機油冷器面積卻與艾能空壓機基本相等，認(rèn)為空壓機油冷器設(shè)計裕度過小是造成機組冷卻能力不足的根本原因，廠家也對這個問題給予了確認(rèn)。

（3）機房內(nèi)通風(fēng)情況較差，壓縮機空氣進(jìn)口位于機組撬內(nèi)，夏季溫度升高，導(dǎo)致進(jìn)氣溫度也隨之升高，相同的散熱條件下，進(jìn)氣溫度越高，排氣溫度也越高（機油溫度約等于排氣氣體溫度）。

（4）空壓機散熱風(fēng)道口百葉窗無法調(diào)整開度，影響出風(fēng)量，使機組散熱效率降低，影響機組冷卻。

3.3 后果及影響

空壓機停車會導(dǎo)致儀表風(fēng)系統(tǒng)壓力下降，如處置不當(dāng)，極易造成站場大型壓縮機組、氣動閥門等停車或動作，甚至造成整個站場停產(chǎn)，影響站場安全平穩(wěn)運行。

此外空壓機組本身在長期高溫狀態(tài)下運行，會對機組造成如下影響：一是會影響潤滑油使用壽命，縮短機組換油周期，提高運行成本；二是油品容易發(fā)生氧化反應(yīng)，致使油品變質(zhì)結(jié)焦，影響機組穩(wěn)定運行，嚴(yán)重的時造成機頭抱死，從而發(fā)生設(shè)備事故。三是排氣溫度越高，壓縮機為考慮膨脹而留的間隙越大，壓縮機的效率降低，導(dǎo)致電能依舊消耗，產(chǎn)氣量下降；四是機組長期處于高排氣溫度下運行，會縮短機組使用壽命。

4 改造方案及實施

4.1 改造要求

對空壓機油路的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，主要是在原有油冷卻器的基礎(chǔ)上，再增加一組鋁制板翅式換熱器（風(fēng)冷式），加大油路的冷卻面積，提升機組冷卻能力，達(dá)到降低排氣溫度的最終效果。

考慮鄂北工區(qū)夏冬氣溫懸殊的情況，要求機組油冷卻系統(tǒng)可以根據(jù)天氣溫度情況靈活使用，夏季運行新舊兩組油冷卻器同時使用，冬季時只使用原油冷卻器，保證機組在極端溫度下都能正常工作。

4.2 方案設(shè)計

根據(jù)改造要求，新增加的一組油散熱器不能破壞機組原散熱布局，在冬季時可恢復(fù)原有潤滑油冷卻流程。

根據(jù)機組現(xiàn)場布局，從施工的工作量、操作的便宜性和安全性等方面考慮，決定采用原廠供貨的空冷器，并經(jīng)過計算后確定空冷器尺寸規(guī)格。在布局上利用原有兩組油冷器采用串聯(lián)布局，中間有管線連接，通過將管線改線，將新油冷器串入油冷卻系統(tǒng)中，新油冷器進(jìn)出口管路設(shè)置控制閥，同時設(shè)置旁路及控制閥，通過控制旁路通斷實現(xiàn)對新油冷器的投用和隔離。

將外置油冷器安裝于室外空地上，達(dá)到不影響房內(nèi)布局，同時將熱量散至室外的目的。

4.3 方案實施

方案設(shè)計完成后，交由承包商按方案進(jìn)行施工，按照制作換熱器基礎(chǔ)→安裝風(fēng)冷換熱器→安裝風(fēng)冷換熱器固定支架→安裝管路→安裝線路→安裝風(fēng)冷換熱器防雨棚及周圍護罩→設(shè)備調(diào)試→清理垃圾的步驟逐步實施。

先對油冷器的進(jìn)出管路進(jìn)行預(yù)制，然后關(guān)閉空壓機進(jìn)出口閥門，對空壓機進(jìn)行放空，排空空壓機內(nèi)機油，拆除原先油路冷卻循環(huán)連接處的不銹鋼編織高壓軟管，用兩根不銹鋼編織高壓軟管（減少對換熱器的振動，延長使用壽命）將原有兩組油冷器接口分別與新增的油冷器進(jìn)出口管線連接，進(jìn)出油管采用鍍鋅鋼管，防止管道生銹。為了實現(xiàn)對新油冷器投用和隔離，在新油冷器的進(jìn)出口管線上加裝了截斷閥，并設(shè)置了旁通閥。

外置油冷器上的風(fēng)機電源不從空壓機主機引出，而是單獨從壓機房內(nèi)的配電柜引出，獨立開關(guān)，獨立運行，保證空壓機主機不受影響。同時在外置油冷器風(fēng)扇工作時，應(yīng)將主機油冷器風(fēng)扇設(shè)置為溫控狀態(tài)，以防過度潤滑油冷卻過度。

4.4 不足與改進(jìn)

現(xiàn)場改造工作完成后，對空壓機重新加機油（包括新加的外置換熱器），導(dǎo)通流程。廠家、改造施工人員一起進(jìn)行了2h試運行，運行期間排氣溫度保持在79～90℃，其他各項參數(shù)指標(biāo)正常。

由于新加油路管線相較原管路長，潤滑油循環(huán)所需壓差增大，在壓力不變的情況下，冷卻過的油在加載的瞬間（1～2s）不能及時到達(dá)壓縮機主機內(nèi)，導(dǎo)致排氣溫度瞬間升高（1～2s），針對這個問題，現(xiàn)場通過調(diào)整旁通閥門開度，使大部分油通過新油冷器進(jìn)行降溫，少部分油通過旁通來及時補充機頭用油，既保障了潤滑油的冷卻，也保障了加載瞬間機頭潤滑用油，解決了機組瞬間加載時的高溫問題。

5 結(jié)論

2018年7月12 日改造后，錫牌空氣壓縮機試運行，運行正常，各項參數(shù)可靠，穩(wěn)定加載溫度保持在80～90℃，冷卻效果良好。在錫牌空氣壓縮機原有油冷卻器（風(fēng)冷式）的基礎(chǔ)上，再增加一組外置式鋁制板翅式換熱器（風(fēng)冷式），加大油路的冷卻面積，能有效地降低空壓機的排氣溫度，使錫牌空氣壓縮機能夠在高溫天氣下正常運行，提高了機組運行的安全性和穩(wěn)定性，說明空氣壓縮機增加外置式油冷器的改造是實用的、有效的，具備一定的推廣價值。