LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)安全運(yùn)行及節(jié)能提效改造

郭宗濤

山東濟(jì)礦魯能煤電公司陽城電廠

0 引言

壽力LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)采用噴油雙螺桿、單機(jī)齒輪傳動(dòng)及水冷形式，公稱容積流量41.8 m3/min，額定排氣壓力7.0 bar，額定轉(zhuǎn)速1 487 r/min，配套電機(jī)B 級(jí)絕緣、額定工作電壓6 KV、額定工作電流30.1 A。空氣壓縮機(jī)在電廠主要用于儀表控制、氣力輸送、脫硝霧化等，其安全高效地運(yùn)行對(duì)電廠至關(guān)重要。

1 螺桿空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

壽力LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)機(jī)體內(nèi)有一對(duì)經(jīng)精密加工、相互嚙合的轉(zhuǎn)子，其中陽轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒，陰轉(zhuǎn)子六個(gè)齒。電機(jī)通過金屬迭片擾性聯(lián)軸器帶動(dòng)陽轉(zhuǎn)子，再由陽轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，隨著齒間容積不斷減小，從空氣濾清器中吸入的空氣不斷被壓縮而使壓力升高。當(dāng)齒間容積與壓縮機(jī)排氣口相同時(shí)，壓縮空氣便從排氣口排出，進(jìn)入油氣分離器進(jìn)行油氣分離。經(jīng)油氣分離后的氣體依次通過最小壓力閥、后冷卻器和疏水閥排出機(jī)外，進(jìn)入供氣管道。分離出來的潤(rùn)滑油沉降到油氣分離器底部，在壓差作用下，經(jīng)冷卻后再回到主機(jī)工作腔循環(huán)使用。此過程由PLC 自動(dòng)控制完成。

2 螺桿空氣壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方法

2.1 空氣壓縮機(jī)電機(jī)線圈溫度高

電機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)定子繞組整體過熱且碳化嚴(yán)重。

空氣壓縮機(jī)電機(jī)線圈長(zhǎng)期溫度高會(huì)使電機(jī)定子線圈絕緣降低，易使繞組絕緣擊穿，造成單相接地事故且接地點(diǎn)不易查找，危害機(jī)組整體安全。

2.1.1 空氣壓縮機(jī)電機(jī)線圈溫度高的原因

1）運(yùn)行中電機(jī)線圈溫度高的原因

壽力LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)配套電機(jī)采用B級(jí)絕緣，電機(jī)線圈溫度高報(bào)警、跳閘值分別為110 ℃、120 ℃。但實(shí)際運(yùn)行中空氣壓縮機(jī)P1壓力6.8 bar，運(yùn)行電流29 A，電機(jī)接近滿出力，線圈溫度長(zhǎng)期處于103 ℃左右。

此外，夏季空壓機(jī)房環(huán)境溫度高約40 ℃，由于空氣壓縮機(jī)殼體冷卻風(fēng)道設(shè)計(jì)不合理，未考慮電機(jī)及PLC控制系統(tǒng)的冷卻（殼體排風(fēng)扇安裝于殼體內(nèi)側(cè)上部，而冷卻空氣進(jìn)氣口布置在殼體頂部，位于油氣分離器、電機(jī)冷卻風(fēng)扇上部，造成冷卻風(fēng)在殼體頂部形成短路通道），使電機(jī)冷卻風(fēng)量不足及排出的熱風(fēng)形成內(nèi)循環(huán)。

2）停運(yùn)后電機(jī)線圈溫度高的原因

空氣壓縮機(jī)停運(yùn)后電機(jī)線圈溫度迅速升至110 ℃以上。停運(yùn)后，PLC 控制系統(tǒng)聯(lián)鎖停運(yùn)殼體頂部排風(fēng)扇，使殼體內(nèi)空氣流通性差，造成電機(jī)線圈無法冷卻是電機(jī)線圈溫度迅速升高的主要原因。此外，空氣壓縮機(jī)電機(jī)惰走時(shí)間極短無法自行冷卻電機(jī)線圈是溫度高的另一原因。

2.1.2 空氣壓縮機(jī)電機(jī)線圈溫度高的解決方法

1）改造空氣壓縮機(jī)殼體冷卻風(fēng)流場(chǎng)：將殼體頂部進(jìn)風(fēng)口全部封堵，在電機(jī)冷卻風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口偏下部安裝50×50 cm進(jìn)口網(wǎng)狀格柵；在PLC控制系統(tǒng)處安裝20×20 cm 網(wǎng)狀格柵，同時(shí)加裝絕熱材料，形成機(jī)殼底部進(jìn)氣、上部排氣的空氣通道。

2）更換空氣壓縮機(jī)殼體排風(fēng)扇：拆除原殼體流量為3 500 m3/h 的排風(fēng)扇，將原Φ60 cm 的排風(fēng)口擴(kuò)大至Φ80 cm，安裝80×80 cm 的方形排氣管至空壓機(jī)室外；在方形排氣管出口處加裝流量為7 000 m3/h、全壓480 Pa 的軸流風(fēng)扇，使空氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中殼體內(nèi)處于負(fù)壓狀態(tài)；新裝軸流風(fēng)扇采用獨(dú)立電源，由PLC 控制啟停，隨空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)，延時(shí)10 min停運(yùn)以對(duì)電機(jī)線圈進(jìn)行冷卻。

3）改造空壓機(jī)房空氣流場(chǎng)及環(huán)境溫度：空氣壓縮機(jī)殼體排風(fēng)扇改造后，空壓機(jī)房處于微負(fù)壓狀態(tài)，保證了流通空氣量；在外部環(huán)境較好的空壓機(jī)房墻體中部增設(shè)2 個(gè)1.5×2 m 帶有過濾棉的格柵進(jìn)風(fēng)口，拆除原排風(fēng)扇，保證夏季空壓機(jī)房環(huán)境溫度降至35 ℃左右。

空氣壓縮機(jī)冷卻風(fēng)改造示意圖見圖1。

圖1 空氣壓縮機(jī)冷卻風(fēng)改造示意圖

2.2 空氣壓縮機(jī)排氣溫度高

2.2.1 空氣壓縮機(jī)排氣溫度高的原因

1）啟動(dòng)初期主要是溫控閥開啟緩慢造成。溫控閥主要是調(diào)整噴油溫度，防止空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)初期低溫油中的水分析出來而破壞油質(zhì)。

2）油氣分離器油位低，油過濾器堵塞。由于系統(tǒng)缺油致使回到空氣壓縮機(jī)的密封油不足，空氣壓縮機(jī)得不到足夠的冷卻，從而使機(jī)頭排氣溫度高。

3）油冷卻器冷卻能力不足，冷卻水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，使進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的油溫過高。試驗(yàn)表明，油冷卻器后T3油溫控制在60 ℃以內(nèi)可提高空氣壓縮機(jī)效率，且避免油析出冷凝水污染油質(zhì)。

2.2.2 空氣壓縮機(jī)排氣溫度高的解決方法

1）將溫控閥更換為高精度閥，使用前通過熱介質(zhì)試驗(yàn)，檢查其開啟速度。

2）根據(jù)油氣分離器油位鏡及油過濾網(wǎng)報(bào)警情況及時(shí)補(bǔ)油或更換濾芯，嚴(yán)格按照保養(yǎng)周期進(jìn)行保養(yǎng)，防止壓縮空氣含油。

3）冷卻水路改造及冷卻器清洗：由于原設(shè)計(jì)冷卻器使用開式冷卻水，水質(zhì)無法進(jìn)行化學(xué)處理。改造將冷卻水更換為閉式循環(huán)水，且在循環(huán)水管道加裝變頻循環(huán)泵，根據(jù)水溫調(diào)整冷卻水壓在0.2～0.5 MPa 之間，同時(shí)將原冷卻水串聯(lián)布置的油冷卻器與空氣冷卻器改造為并聯(lián)布置；進(jìn)行化學(xué)水處理及定期添加阻垢劑、剝離劑等，實(shí)現(xiàn)在線冷卻器清洗。

如果冷卻器換熱效果差引起排氣溫度高，可采用福世泰克F2 型無毒生物降解清洗劑進(jìn)行油冷卻器清洗。根據(jù)臟污程度，藥劑可同時(shí)清洗2～3臺(tái)油冷卻器，單臺(tái)成本約200元。

3 螺桿空氣壓縮機(jī)節(jié)能提效改造

3.1 空氣壓縮機(jī)空氣濾網(wǎng)進(jìn)氣口位置改造

根據(jù)試驗(yàn)，進(jìn)氣口阻力每增加100 Pa，空壓機(jī)功率需增加9 kW；進(jìn)氣口溫度每升高1 ℃，空壓機(jī)功率需增加18 kW[1]。在對(duì)空氣壓縮機(jī)機(jī)殼冷卻風(fēng)流場(chǎng)改造后，機(jī)殼內(nèi)處于負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，但進(jìn)氣口濾網(wǎng)前吸氣阻力約280 Pa。為此，將空氣壓縮機(jī)空氣濾網(wǎng)進(jìn)氣口位置通過50 cm直導(dǎo)管引至機(jī)殼外，綜合計(jì)算進(jìn)氣延長(zhǎng)管增加的阻力、機(jī)殼內(nèi)部負(fù)壓、大氣壓力，改造后進(jìn)氣口阻力降低到250 Pa。

原進(jìn)氣口處于電機(jī)冷卻排風(fēng)口上方，當(dāng)空氣壓縮機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)，進(jìn)氣口溫度在35～40 ℃之間。現(xiàn)進(jìn)氣口處于空氣壓縮機(jī)機(jī)房環(huán)境溫度下，進(jìn)氣溫度降低了3～5 ℃。改造后，空氣壓縮機(jī)功率可節(jié)省50 kW,產(chǎn)氣量提高約3%。

3.2 選用WT型WS25高效旋風(fēng)分離器

將空氣壓縮機(jī)出口氣水分離器更換為圖2所示的WS25高效旋風(fēng)分離器。WS25高效旋風(fēng)分離器可除去99%的液態(tài)水，提高壓縮空氣后部過濾器效率。將壓縮空氣無熱干燥器自動(dòng)切換時(shí)間延長(zhǎng)1倍，停運(yùn)管道及儲(chǔ)氣罐其他疏水點(diǎn)，有效減少壓縮空氣損失。改造后，壓縮空氣母管壓力降低1 bar，節(jié)省空氣壓縮機(jī)功率8 kW。

圖2 WS25型高效旋風(fēng)分離器

3.3 空壓機(jī)變頻改造

該廠6 臺(tái)壽力LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)采用并聯(lián)運(yùn)行方式。運(yùn)行中空氣壓縮機(jī)采用P1 壓力階梯設(shè)置方法調(diào)整對(duì)外供氣壓力。由于壓縮空氣壓力波動(dòng)大，壓縮機(jī)頻繁加卸載，不利于電機(jī)的節(jié)能及安全運(yùn)行。

為此，對(duì)其中兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行了變頻改造。變頻控制柜安裝在冷卻條件較好的配電室內(nèi)，變頻器柜內(nèi)設(shè)置旁通開關(guān)，實(shí)現(xiàn)變頻器故障切換[2]。變頻器串接入星形－三角形啟動(dòng)回路中，原啟動(dòng)方式不變，即當(dāng)星形接觸器接線狀態(tài)時(shí)，三角形交流接觸器常開觸點(diǎn)斷開，變頻器不啟動(dòng)；轉(zhuǎn)換為三角形接線狀態(tài)時(shí)，變頻器空載啟動(dòng)。壓縮空氣母管壓力信號(hào)送入自動(dòng)恒壓PID 控制系統(tǒng)，PID 根據(jù)設(shè)定的壓力將調(diào)節(jié)信號(hào)送達(dá)變頻器，通過電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氣量的調(diào)整[3]。為防止油氣分離器分離效率低及機(jī)頭潤(rùn)滑油不足，設(shè)定油氣分離壓力不低于3.4 bar，因此改造后的變頻器最低出力為30 Hz。

運(yùn)行控制方式改為一臺(tái)變頻空氣壓縮機(jī)控制壓縮空氣恒壓，即P1 壓力穩(wěn)定運(yùn)行，另一臺(tái)變頻空氣壓縮機(jī)作為備用，以減少設(shè)備頻繁啟動(dòng)帶來的電機(jī)損壞，延長(zhǎng)電機(jī)使用壽命。

根據(jù)空氣壓縮機(jī)自身特性及保護(hù)完整性，對(duì)PLC控制系統(tǒng)中部分參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整：

1）星形－三角形啟動(dòng)切換時(shí)間由6 s改為1 s。

2）加載壓力設(shè)定為低于1 bar，卸載壓力高于1 bar。

經(jīng)測(cè)算，變頻空氣壓縮機(jī)運(yùn)行電流較工頻空氣壓縮機(jī)降低了7 A，年節(jié)省電量7×0.6×1.732×0.85×24×360=53 423.2 kW,節(jié)能效果顯著且電機(jī)使用壽命及安全性得到了提高。

4 結(jié)語

通過對(duì)LS25S-300 型螺桿空氣壓縮機(jī)的改造，空氣壓縮機(jī)電機(jī)使用壽命得到顯著提高，產(chǎn)氣量大幅上升，運(yùn)行設(shè)備數(shù)量下降，節(jié)能效果顯著，值得借鑒。