淺談螺桿式空壓機技術改造

蔡家帥，王 建，袁 凱

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

淺談螺桿式空壓機技術改造

蔡家帥，王 建，袁 凱

(江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠，江蘇淮安 223200)

噴油螺桿式空壓機成為當今空氣壓縮機發展的新主流,筆者主要結合我廠螺桿空壓機設備使用的情況，對其關鍵技術進行探討，并對空氣干燥系統，冷卻系統進行技術改進，使其更好地發揮效能。

螺桿式空壓機；純堿制造；空氣干燥系統；冷卻系統；技術改造

隨著生產和科技形勢的不斷發展,噴油式螺桿空壓機因其振動小、噪音低、效率高、無易損件等優越而且可靠的性能，成為當今空氣壓縮機發展的新主流。江蘇省井神鹽化股份有限公司淮安堿廠2011年2月份建成投產，重堿車間壓縮工序有三臺噴油螺桿式空壓機用于生產，與傳統的活塞式壓縮機相比具有振動小、效率高、運行平穩、維護簡便等特點，為生產的正常運行,降低消耗,增加效益都起到了重要作用,本文主要結合我廠螺桿空壓機設備使用的情況，對其關鍵技術進行探討，并對局部進行改進，使其更好地發揮效能。

1 空壓機機體構造與工作流程

1.1 基本機構

我廠壓縮工序使用的噴油螺桿式空氣壓縮機，是一種由高精密度陰、陽轉子嚙合容積式回轉型壓縮機。陽轉子直徑大，陰轉子直徑較小，陰、陽轉子平行且水平裝于空氣壓縮機機殼內部，陰、陽轉子兩端分別通過軸承支撐定位。陽轉子有五個形齒，而陰轉子有六個形齒，齒形呈螺旋狀，兩者齒形相互嚙合。電動機經聯軸器、增速器帶動陽轉子，而陽轉子直接帶動陰轉子一同旋轉，完成吸氣、封閉壓縮、排氣過程。

1.2 工作流程

當壓縮機轉子轉動時，空氣通過進氣過濾器將大氣中的灰塵或雜質過濾，過濾后的空氣由進氣控制閥進入壓縮機主機。在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，經壓縮后的混合性氣體從壓縮腔進入油氣分離罐，此時壓縮排出的含油氣體通過油氣分離濾芯在重力、碰撞、攔截作用下，絕大部份的潤滑油被分離出來，然后進入油氣精分離器進行再次分離，得到含油量極少的壓縮空氣，當空氣被壓縮達到規定的壓力值時，最小壓力閥自動開啟，排出高溫的壓縮空氣到冷卻器進行冷卻，最后送入生產使用系統。簡圖如圖1。

2 空壓機干燥系統的技術改造

2.1 生產中干燥系統存在的問題

我廠壓縮空氣的供應由三臺噴油螺桿式空氣壓縮機完成，兩開一備，生產系統總用量大約為60 m3/min。經查淮安當地的氣象資料，得知年平均濕度74%～80%，所以壓縮空氣帶水較多，空氣干燥系統由每臺空壓機相對應的無熱吸干機及冷凍式壓縮空氣干燥機完成。無熱吸干機的公稱壓力露點是-40 ℃，公稱進口容積流量45 m3/min；冷凍式壓縮空氣干燥機的公稱壓力露點是-25 ℃,處理量20 m3/min。但用戶端反應一直存在著壓縮空氣帶水嚴重的問題，對包裝設備及儀表氣動控制系統的正常工作影響很大。一方面對生產穩定有一定影響，增加了儀表檢修人員的勞動強度；另一方面降低了氣動儀表、設備的使用周期，增加了設備的維護費用。雖然采取更換吸干機的干燥劑三氧化二鋁顆粒、更換過濾器濾芯，加大空氣儲罐排水等一系列措施，但效果甚微。

圖1 空壓機工作流程

2.2 無熱與微熱再生吸附式干燥機對比

無熱再生吸附式干燥機是根據變壓吸附、再生循環的原理工作，利用自熱進行吸附干燥，不需要外部熱源進行加熱。壓縮空氣交替流經兩個吸附塔，當其中一個吸附塔在工作壓力的狀態下，干燥劑吸收壓縮空氣大量的水分，而另一吸附塔則由再生氣管道通入干燥的低壓氣體，解析干燥劑吸收的水分。無熱再生吸附式干燥機優點是結構簡單，維護方便，有效的節省檢修費用，但是缺點也比較明顯耗氣量大、能源品位高，有效供氣量比較小，同時露點不夠穩定，壓縮空氣中的水分含量比較高，對氣動設備影響較大。

微熱再生吸附式干燥機同樣是根據變壓吸附、再生循環工作的原理,不過微熱式干燥機采用外部電加熱再生方式對壓縮空氣進行吸附干燥。經微熱再生的三氧化二鋁干燥劑中含水量有了很大幅度降低，提高了設備處理壓縮空氣的容量。微熱式干燥機采用先進的微電腦控制系統，實現操作的自動控制，雙塔自動切換，可以循環連續工作。微熱再生吸附式干燥機的核心技術具有變壓吸附和變溫吸附雙重優點，在常溫高蒸汽分壓下進行吸附工作，在較高溫度，低蒸汽分壓下解析，在再生過程中依靠干燥空氣加熱的熱擴散和低分壓兩種機理的共同作用而水分得以徹底清除。微熱再生吸附式干燥機可以自動長周期工作，供氣露點穩定，更加有效減少壓縮空氣含有的水分。

經比較在我廠使用的微熱再生吸附式干燥機，相比無熱再生吸附式干燥機去除壓縮空氣的水分效果更徹底，控制系統智能化，減少氣動設備的故障，有效的生產穩定高產。

2.3 空氣干燥系統改造方案

面對諸多問題,此時采用冷凍式干燥已不能滿足工藝的要求；并參考國內同行的運用經驗,以滿足生產的需求決定將無熱吸干機改造為微熱吸干機同時采用優質的材料如316L不銹鋼氣動閥、不銹鋼單向閥等不銹鋼系列管件,避免管路的污染,有效提高空氣品質，并且淘汰冷凍式干燥機。

為了節約成本，決定利用原有的設備加以改造。具體實施方案如下：

1)在兩臺無熱吸干機上加裝微熱干燥系統。

2)在前置儲氣罐排水處加裝浮球式自動排水閥；將空氣過濾器排水閥更換為電子式定時排水閥。

3)對空壓氣管線重新布置，實現了兩臺吸干機一開一備。取消了效率低下的冷凍式壓縮空氣干燥機。

改造后空壓機排出的大量空氣，經微熱式干燥機壓縮空氣入口管流入，通過氣動蝶閥進入兩個塔中的運轉塔，其中的壓縮空氣中含有的水分的會被吸附劑三氧化鋁所吸收而干燥。當壓縮空氣流通到塔頂時，空氣中的水分被全部吸收，露點溫度-40 ℃，從而達到干燥目的。壓縮空氣整個循環周期需要4 h，每塔各運行2 h，一塔在工作的過程中(去除壓縮空氣中的水分)，另一塔處于再生狀態再生時間為1.5 h,吹冷和續壓時間0.5 h。在再生的過程中，運轉塔中一部分干燥的空氣經再生風量調節閥進入加熱器加熱后進入非運轉塔中，將塔內的水分經消音器排放大氣中去。同時在前置儲氣罐排水處加裝浮球式自動排水閥；將空氣過濾器排水閥更換為電子式定時排水閥，能夠及時排除儲氣罐中的水分。通過改造后，雖然其運轉時耗氣量為設備處理量的7% ，但是壓縮空氣的質量明顯提高保證包裝設備及儀表氣動控制系統的正常工作，為堿廠的穩定、高產保駕護航，有效的降低生產成本。

3 空壓機冷卻系統的技術改造

3.1 生產存在的問題

螺桿式空氣壓縮機冷卻系統，分為風冷和水冷兩種類型，冷卻系統工作的對象是潤滑油和壓縮空氣，主要目的是為了保證壓縮機系統的運行溫度正常和壓縮空氣出口的溫度正常。我廠B#噴油螺桿式空氣壓縮機屬于風冷型空壓機，是采用高效板翅式冷卻器，用軸流式或離心式風機將冷空氣吹入，與熱的潤滑油和熱的壓縮空氣進行熱交換，通過熱交換，從而達到冷卻的目的。但在實際生產過程中我廠風冷式空氣壓縮機存在以下問題：

1)因堿廠工況比較復雜，空壓機長期運行時，風冷系統強制空氣流通過散熱器，冷卻風中難免攜帶空氣中的灰塵、油污，甚至樹葉、雜草、廢棄塑料袋等雜物將散熱器外部毛細孔堵塞 ，使冷卻風不能通過或通過量不足，使散熱器失去散熱功能，冷卻油經過散熱器不能有效的降溫，冷卻油的溫度小于其余量時，空壓機就會產生高溫，導致設備高溫預警跳停，影響系統的正常運行。

2)螺桿式空壓機風冷式冷卻系統最高允許環境溫度為40 ℃，如果工作環境溫度超過40 ℃，會導致空壓機設備本體溫度過高，觸發設備自動跳停的。淮安地區每年夏季的溫度高溫時可達到39 ℃，因B#螺桿式空氣壓縮機在密閉廠房內，同時廠房內還有許多產生熱源的大型設備，熱空氣很容易在機房內積累，造成機房內環境溫度升高，實際室內溫度會超過40 ℃，空壓機的冷卻器散熱的效率大幅下降，直接影響空壓機的正常使用，導致設備長時間處于高溫報警狀態，并經常跳停。

3)我廠空氣壓縮機廠房緊鄰石灰車間，空氣內粉塵含量較高，油冷卻器散熱翅片表面短時間內很容易被粉塵覆蓋厚厚一層，冷卻器換熱效果差則潤滑油溫會逐漸上升而導致因高溫停機。因此每隔一段時期，需用壓縮空氣將冷卻器散熱表面上的灰塵吹掉。若覆蓋在翅片上的粉塵無法及時吹干凈，需停機用高效清洗液進行人工清洗。

螺桿式空氣壓縮機長時間處于高溫或者準高溫運行會加速冷卻油品的老化、氧化、變質甚至產生結焦、積碳。冷卻油結焦、積碳不僅會堵塞油濾器和油氣分離器，還會附著在散熱器管內壁導致毛細管變細，冷卻油量減少，影響冷卻效果和熱量傳導，更加劇高溫現象，造成惡性循環，最終將換熱器完全堵塞，設備報廢。

3.2 空壓機冷卻系統技術改造方案

B#螺桿式空氣壓縮機風冷式冷卻系統并不能很好適用我廠的特殊生產工況，頻繁的高溫跳停及設備故障檢修影響系統的平穩生產。為保持生產系統的平穩生產，我廠與廠家技術人員進行溝通將原風冷式冷卻系統改造為水冷型空壓機，即利用水流通過管殼式熱交換器，與潤滑油和壓縮空氣進行熱交換。改造方案如下

1)在風冷式油冷卻器后面串聯一個水冷處理10 m3油冷卻器，降低油溫度。

2)水冷式冷卻器，必須使用較清潔的工業冷卻水，同是冷卻水進水溫度不應大于32 ℃，以避免冷卻器結垢。在冷卻器進口增加籃式過濾裝置，避免水中雜物堵塞冷卻器管束，同時在循環冷卻水中定期加軟化劑防止冷卻器管壁結垢，以免影響冷卻器的換熱效率及使用壽命。

改造后水冷型的空氣壓縮機，由于水的熱容量較空氣大，因此熱交換效果較風冷好，降溫快、效率高，空氣壓縮機產生的巨大熱量會通過水循環系統帶走。B#螺桿式空氣壓縮機的排氣溫度由原來95 ℃降為77 ℃,并長期保持在75～86 ℃運行，隨著機組運行溫度的降低，空壓機的產氣量會提高，根據理論計算既溫度每降低1 ℃，產氣量就上升0.05%。同時設備的故障降低，減少維修成本，保持設備的長周期高效的運行。

本文根據我廠螺桿空壓機設備使用的情況，對其關鍵技術進行探討，并對壓縮空氣干燥系統，冷卻系統局部進行改進，使其更好地發揮效能正常運行,降低消耗,增加企業效益。

[1] 張偉光.風冷式螺桿式空壓機高溫原因及解決辦法[J].壓縮機技術, 2012(6)：55-56

TQ114.15

B

1005-8370(2017)02-16-04

2017-01-17

蔡家帥(1987—)，助理工程師。2011年畢業于榆林學院過程裝備與控制工程專業。現在江蘇井神鹽化股份有限公司淮安堿廠重堿車間從事設備管理工作。