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子在機體內做回轉運動，周期性的改變轉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化過程，先由儲氟器經供液電磁閥與節流閥供液到機組蒸發器，在蒸發器內氟利昂與冷媒介質進行換熱，氟利昂吸熱氣化后，經機組吸氣閥進入機組完成壓縮過程，再經排氣閥到氟利昂冷凝器，通入循環水換熱后，氣態氟利昂冷凝成液態，進入儲氟器進行下一個循環。

2 冷凍機組工作過程

（1）吸氣過程

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

（2）壓縮過程

當轉子繼續轉動時，被機體、吸氣端座和排氣端座所封閉的齒槽內的氣體，由于陰陽轉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

當轉子轉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都要出現以上3 個過程，在壓縮機高速旋轉時，幾對齒槽的工作容積重復進行吸氣、壓縮、排氣循環，從而使壓縮機的輸氣連續、平穩。

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日期為2007 年，二期投產為2010 年，燒堿產能為36 萬t/a，PVC 樹脂產能為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生過任何較大故障，運行一直較為穩定，只是日常按操作說明書嚴格維護并執行計劃性大修工作，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，該機組結構較為簡單，主要由油氣分離器、油冷卻器、氟冷凝器、蒸發器組成一個模塊，2012 年裝置建成投入使用后一直運行較為穩定， 維護保養周期亦為12個月，大修周期也是3 年1 次。2018 年機組出現較大故障，制冷效果較差，對整個裝置運行影響較大。

（1）蒸發器受乙二醇腐蝕影響，導致蒸發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 ℃，循環水閥門開度較小，致使水循環量小，列管為碳鋼材質，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器，影響機組制冷較為嚴重，經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不獨立，一期3 臺機組公用1 套儲氟器與冷凝器，蒸發器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問題主要為油冷卻器易出現泄漏，鹽水冷凍機組也一樣。

（1）由于系統不獨立，所以單臺機組油冷卻器泄漏會影響整個系統的穩定運行，停機檢查或保養情況下，油冷卻器列管出現泄漏，則循環水會進入油系統，最終導致進入蒸發器，致使蒸發器出現冰堵問題，大大影響了機組的制冷效果；該蒸發器為滿液式虹吸蒸發器，在冰堵情況下，氟利昂不能有效供入蒸發器，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，讓每臺機組系統徹底獨立，運行逐步趨于穩定，同時開4 臺機組即可滿足生產需求， 出水溫度可達到-20 ℃左右，同時日常運行中可實現正常的維護、清理工作，夏季生產亦無壓力，單體產能得以釋放，產量逐年提升。

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，若發現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，或因水進入系統造成蒸發器冰堵。

（4）巡檢時觀察蒸發器視鏡蒸發是否正常，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象，所以導致油溫偏低，而設備配套的油冷卻器循環水閥門開度較小，致使冷卻器循環水循環量不足，長久運行則會造成冷卻器內部泥沙沉積，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，循環水量較小時，易結垢，也容易造成列管腐蝕。為解決該問題，可對冷卻器列管材質進行更換， 由碳鋼管更換為紫銅管，同時可結合實際，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量，以此保障換熱器的長久穩定運行，也避免了因換熱器泄漏，而造成整個制冷系統的癱瘓。

7 運行管控的重要性

制冷機組穩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系。 機組奔油嚴重時，直接表現為機組噪音增加，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器，則導致蒸發器換熱效果差，致使機組制冷不足，影響裝置生產的穩定運行，所以日常系統維護一定要嚴格執行操作手冊，定期更換過濾器濾芯，正常巡檢時，多關注潤滑油位，發現油位有明顯變化時，一定要查明原因并進行解決，否則后續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，極易出現奔油問題，但只要整個系統正常，運行一段時間，經過油氣分離，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，則要嚴格對系統進行排查處理。