高壓壓縮空氣系統含油量控制的試驗研究

王 琳

高壓壓縮空氣系統含油量控制的試驗研究

王 琳

（天津航天長征火箭制造有限公司，天津 300450）

在某高壓壓縮空氣系統上進行了含油量控制的試驗，提出了通過降低冷卻水溫度可以有效控制含油量的試驗方法，測定了試驗前后的含油量，并將試驗前后的結果進行了對比分析，驗證了試驗方法的正確性，為高壓壓縮空氣系統含油量的控制提供了理論依據。

高壓壓縮空氣；冷卻水溫度；含油量

1 引言

在制造類企業中，高壓壓縮空氣在生產中有廣泛的用途。在火箭的生產、試驗過程中，若壓縮空氣的氣體品質（主要包括露點、塵埃顆粒直徑、固體粒子濃度、含油量）不達標，將直接影響產品的質量，造成氣動裝置故障，存在嚴重的安全隱患。

研究證明將空壓機的送氣溫度，即干燥機的進氣溫度控制在40℃以下有利于降低露點[1]，原因主要有：隨著干燥機進氣溫度的升高，吸附劑的吸附能力顯著下降；進氣溫度的升高使得壓縮空氣中的含水量顯著提高，增加干燥機的負荷，影響吸附劑的壽命[2]。航天產品經常涉及禁油、低溫等特殊工作場合，因此必須重視油蒸氣的存在[3]，本文通過改造原有空壓系統的冷卻水系統，并測定改造前后的含油量，研究冷卻水溫度對含油量的影響。目前，國內研究這方面的文章甚少。該試驗方案可以在保留現有噴油螺桿空壓機的基礎上，有效控制壓縮機送氣的含油量，獲得穩定、高氣品的高壓壓縮空氣，對類似空壓系統的技術改進有一定的借鑒意義。

2 系統概況

以某高壓壓縮空氣系統為研究對象，系統結構如圖1所示。系統為五級壓縮，即噴油螺桿機完成一級壓縮，活塞機完成二、三、四、五級壓縮。壓縮機的氣路是從進氣空氣濾清器開始，空氣濾清器通過橡膠彎管與螺桿機進氣控制閥連接。進氣控制閥直接安裝在螺桿主機進口，螺桿機的排氣通過金屬軟管進入螺桿機的油氣分離器；分離后的一級排氣經過最小壓力閥進入一級冷卻器，然后進入一級氣水分離器，將水分離后，進入二級進氣管，后進入活塞機二級氣缸；二、三、四、五級原理同上，然后進入高壓緩沖氣瓶，進入單向閥、送氣球閥，最后進入高壓干燥凈化裝置。

圖1 系統結構示意圖

3 試驗方案

本試驗的目的是分析高壓空氣壓縮機不同供氣壓力條件下，冷卻水溫度的改變對含油量的影響。

原有冷卻水系統全年利用開式冷卻塔連接空壓機冷卻換熱，如圖2所示，改造后的冷卻水系統在環境溫度較高時可通過切換閥門開啟冷水機組達到降溫的目的。本文在夏季室外環境相同的條件下，針對同一臺壓縮機，先開啟冷卻塔測定一組不同供氣壓力下含油量的數據，然后開啟冷水機組同樣測定一組不同供氣壓力下含油量的數據，并將試驗前后的結果進行對比分析，以驗證該試驗方法的正確性。

圖2 冷卻水系統示意圖

如表1所示，工況1、2、3、4分別代表現場的四臺高壓空氣壓縮機。工況*-1、*-2、*-3ss、*-4、*-5的冷卻水由開式冷卻塔提供，工況*-1''、*-2''、*-3''、*-4''、*-5''的冷卻水由冷水機組提供。

表1 工況1的試驗數據

本次試驗采用德國希爾思的CS 120便攜式含油量檢測儀對高壓壓縮空氣的含油量進行檢測，測試條件為壓力0.3MPa，取樣30min，測量范圍為0.001～10mg/m3。這種檢測儀器所測得的含油量主要為直徑小于0.01μm的油蒸氣量。

4 試驗結果與分析

4.1 工況1

圖3 工況1的含油量試驗結果

工況1的試驗數據如表1所示。工況1的含油量試驗結果如圖3所示。

4.2 工況2

工況2的試驗數據見表2，含油量試驗結果見圖4。

表2 工況2的試驗數據

圖4 工況2的含油量試驗結果

4.3 工況3

工況3的試驗數據見表3，含油量試驗結果見圖5。

表3 工況3的試驗數據

圖5 工況3的含油量試驗結果

4.4 工況4

工況4的試驗數據見表4，含油量試驗結果見圖6。

表4 工況4的試驗數據

圖6 工況4的含油量試驗結果

5 討論與分析

5.1 含油量3與冷卻水供水溫度的關系

由圖3～圖6可以看出，相同送氣壓力條件下，用冷水機組的含油量均低于用開式冷卻塔的含油量。

由此可以證明，相同送氣壓力條件下，壓縮空氣的含油量隨著冷卻水溫度的降低而減小。

5.2 含油量與送氣壓力的關系

由圖3～圖6可以看出，相同冷卻條件下，壓縮空氣的含油量隨著送氣壓力的升高而增大。同時，由表1～表4可知，冷卻水由開式冷卻塔提供時，溫度也隨著送氣壓力的升高而增大（冷卻水由冷水機組提供時，冷水機組通過監測出水溫度自動啟停，冷卻水溫度受機組啟停影響變化不規律）。

由此可以證明，相同冷卻條件下，壓縮空氣的含油量隨著冷卻水溫度的升高而增大。

6 結束語

a. 相同條件下，壓縮空氣的含油量隨著冷卻水溫度的降低而減小。因此實際生產中，為降低高壓壓縮空氣的含油量，可以通過降低冷卻水溫度的方法實現；

b. 通過降低冷卻水供水溫度的方法，可以同時達到降低送氣溫度的目的，有利于提升吸附劑和活性炭的吸附能力，降低干燥機的負荷，提高過濾器的除油效率，能同時降低壓縮空氣的露點和含油量，可顯著提升供氣的氣體品質；

c. 建議冷卻水系統改造后的運行模式為：夏、春、秋季工況下，開啟冷水機組降低冷卻水的水溫；冬季工況下，繼續使用原有冷卻塔提供冷卻水。機組改造完成一年多來運行狀況良好，送氣溫度全年控制在20℃以下，含油量始終控制在0.03mg/m3以下，遠高于生產要求的氣體品質。

1 閆磊，孫光華. 梅鋼壓縮空氣吸干機運行分析[J]. 梅山科技，2018(2)：44～49

2 王新花. 吸附式壓縮空氣干燥器運行分析[J]. 化工機械，2015，42(6)：789～844

3 李大明，靳永貴. 壓縮空氣系統含油量控制要點及警示[J]. 壓縮機技術，2016(5)：50～52

Experimental Study on Oleaginousness Control in High Pressure Compressed Air System

Wang Lin

(Tianjin Long March Launch Vehicle Manufacturing Co., Ltd., Tianjin 300450)

Based on the experimental study on oleaginousness in the high pressure compressed air system, this research puts forward that the oleaginousness can be controlled in an effective way by reducing the cooling water temperature. Comparing and analyzing the recorded data before and after the experiment, the experimental method which is carried out in the research is verified correct and scientific. This research is of significance in providing a theoretical basis for oleaginousness control in the high pressure compressed air system.

high pressure compressed air；cooling water temperature；oleaginousness

王琳（1986），工程師，暖通空調專業；研究方向：動力運行與節能管理。

2019-04-20