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 儀表風系統概述

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，主要承擔大牛地氣田外輸天然氣凈化分離、副產品分餾銷售以及增壓外輸任務。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，設備和裝置運行需要穩定的儀表風供應。

站場儀表風系統配置有螺桿空壓機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，目前是站場儀表風系統的主氣源，年運行時間在6 000h以上。

2 錫牌空壓機結構參數及原理

2.1 空壓機的主要結構

空壓機主要由電動機、主機、空氣過濾器、油過濾器、進氣控制器、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子（或稱螺桿）在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入端輸送至輸出端，實現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，再經油冷器冷卻后進入機頭，通過不斷往復循環，對機頭進行潤滑和冷卻，所以控制潤滑油溫度是控制機組溫度的關鍵。

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，經常超過機組允許范圍（80～90℃），屬于超溫運行，且多次出現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，風扇的壓力越低，導致散熱效果越差），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構，依靠風扇強制送風冷卻，冷卻器面積和送風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境的艾能空壓機散熱情況進行對比，見表1。

表1 錫牌空壓機與艾能空壓機散熱參數對比表

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，認為空壓機油冷器設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。

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

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

3.3 后果及影響

空壓機停車會導致儀表風系統壓力下降，如處置不當，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，影響站場安全平穩運行。

此外空壓機組本身在長期高溫狀態下運行，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；二是油品容易發生氧化反應，致使油品變質結焦，影響機組穩定運行，嚴重的時造成機頭抱死，從而發生設備事故。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，導致電能依舊消耗，產氣量下降；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進行改造，主要是在原有油冷卻器的基礎上，再增加一組鋁制板翅式換熱器（風冷式），加大油路的冷卻面積，提升機組冷卻能力，達到降低排氣溫度的最終效果。

考慮鄂北工區夏冬氣溫懸殊的情況，要求機組油冷卻系統可以根據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 方案設計

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

根據機組現場布局，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，并經過計算后確定空冷器尺寸規格。在布局上利用原有兩組油冷器采用串聯布局，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中，新油冷器進出口管路設置控制閥，同時設置旁路及控制閥，通過控制旁路通斷實現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，達到不影響房內布局，同時將熱量散至室外的目的。

4.3 方案實施

方案設計完成后，交由承包商按方案進行施工，按照制作換熱器基礎→安裝風冷換熱器→安裝風冷換熱器固定支架→安裝管路→安裝線路→安裝風冷換熱器防雨棚及周圍護罩→設備調試→清理垃圾的步驟逐步實施。

先對油冷器的進出管路進行預制，然后關閉空壓機進出口閥門，對空壓機進行放空，排空空壓機內機油，拆除原先油路冷卻循環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出口管線連接，進出油管采用鍍鋅鋼管，防止管道生銹。為了實現對新油冷器投用和隔離，在新油冷器的進出口管線上加裝了截斷閥，并設置了旁通閥。

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

4.4 不足與改進

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

由于新加油路管線相較原管路長，潤滑油循環所需壓差增大，在壓力不變的情況下，冷卻過的油在加載的瞬間（1～2s）不能及時到達壓縮機主機內，導致排氣溫度瞬間升高（1～2s），針對這個問題，現場通過調整旁通閥門開度，使大部分油通過新油冷器進行降溫，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，各項參數可靠，穩定加載溫度保持在80～90℃，冷卻效果良好。在錫牌空氣壓縮機原有油冷卻器（風冷式）的基礎上，再增加一組外置式鋁制板翅式換熱器（風冷式），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。