LS25S-300 型螺杆空气压缩机安全运行及节能提效改造

2021-10-09郭宗涛

上海节能 2021年9期

郭宗涛

山东济矿鲁能煤电公司阳城电厂

0 引言

寿力LS25S-300 型螺杆空气压缩机采用喷油双螺杆、单机齿轮传动及水冷形式，公称容积流量41.8 m3/min，额定排气压力7.0 bar，额定转速1 487 r/min，配套电机B 级绝缘、额定工作电压6 KV、额定工作电流30.1 A。空气压缩机在电厂主要用于仪表控制、气力输送、脱硝雾化等，其安全高效地运行对电厂至关重要。

1 螺杆空气压缩机结构及工作原理

寿力LS25S-300 型螺杆空气压缩机机体内有一对经精密加工、相互啮合的转子，其中阳转子有四个齿，阴转子六个齿。电机通过金属迭片扰性联轴器带动阳转子，再由阳转子带动阴转子高速旋转，随着齿间容积不断减小，从空气滤清器中吸入的空气不断被压缩而使压力升高。当齿间容积与压缩机排气口相同时，压缩空气便从排气口排出，进入油气分离器进行油气分离。经油气分离后的气体依次通过最小压力阀、后冷却器和疏水阀排出机外，进入供气管道。分离出来的润滑油沉降到油气分离器底部，在压差作用下，经冷却后再回到主机工作腔循环使用。此过程由PLC 自动控制完成。

2 螺杆空气压缩机运行中出现的问题及解决方法

2.1 空气压缩机电机线圈温度高

电机解体后发现定子绕组整体过热且碳化严重。

空气压缩机电机线圈长期温度高会使电机定子线圈绝缘降低，易使绕组绝缘击穿，造成单相接地事故且接地点不易查找，危害机组整体安全。

2.1.1 空气压缩机电机线圈温度高的原因

1）运行中电机线圈温度高的原因

寿力LS25S-300 型螺杆空气压缩机配套电机采用B级绝缘，电机线圈温度高报警、跳闸值分别为110 ℃、120 ℃。但实际运行中空气压缩机P1压力6.8 bar，运行电流29 A，电机接近满出力，线圈温度长期处于103 ℃左右。

此外，夏季空压机房环境温度高约40 ℃，由于空气压缩机壳体冷却风道设计不合理，未考虑电机及PLC控制系统的冷却（壳体排风扇安装于壳体内侧上部，而冷却空气进气口布置在壳体顶部，位于油气分离器、电机冷却风扇上部，造成冷却风在壳体顶部形成短路通道），使电机冷却风量不足及排出的热风形成内循环。

2）停运后电机线圈温度高的原因

空气压缩机停运后电机线圈温度迅速升至110 ℃以上。停运后，PLC 控制系统联锁停运壳体顶部排风扇，使壳体内空气流通性差，造成电机线圈无法冷却是电机线圈温度迅速升高的主要原因。此外，空气压缩机电机惰走时间极短无法自行冷却电机线圈是温度高的另一原因。

2.1.2 空气压缩机电机线圈温度高的解决方法

1）改造空气压缩机壳体冷却风流场：将壳体顶部进风口全部封堵，在电机冷却风扇进风口偏下部安装50×50 cm进口网状格栅；在PLC控制系统处安装20×20 cm 网状格栅，同时加装绝热材料，形成机壳底部进气、上部排气的空气通道。

2）更换空气压缩机壳体排风扇：拆除原壳体流量为3 500 m3/h 的排风扇，将原Φ60 cm 的排风口扩大至Φ80 cm，安装80×80 cm 的方形排气管至空压机室外；在方形排气管出口处加装流量为7 000 m3/h、全压480 Pa 的轴流风扇，使空气压缩机运行过程中壳体内处于负压状态；新装轴流风扇采用独立电源，由PLC 控制启停，随空气压缩机启动，延时10 min停运以对电机线圈进行冷却。

3）改造空压机房空气流场及环境温度：空气压缩机壳体排风扇改造后，空压机房处于微负压状态，保证了流通空气量；在外部环境较好的空压机房墙体中部增设2 个1.5×2 m 带有过滤棉的格栅进风口，拆除原排风扇，保证夏季空压机房环境温度降至35 ℃左右。

空气压缩机冷却风改造示意图见图1。

图1 空气压缩机冷却风改造示意图

2.2 空气压缩机排气温度高

2.2.1 空气压缩机排气温度高的原因

1）启动初期主要是温控阀开启缓慢造成。温控阀主要是调整喷油温度，防止空气压缩机启动初期低温油中的水分析出来而破坏油质。

2）油气分离器油位低，油过滤器堵塞。由于系统缺油致使回到空气压缩机的密封油不足，空气压缩机得不到足够的冷却，从而使机头排气温度高。

3）油冷却器冷却能力不足，冷却水质达不到标准，使进入空气压缩机的油温过高。试验表明，油冷却器后T3油温控制在60 ℃以内可提高空气压缩机效率，且避免油析出冷凝水污染油质。

2.2.2 空气压缩机排气温度高的解决方法

1）将温控阀更换为高精度阀，使用前通过热介质试验，检查其开启速度。

2）根据油气分离器油位镜及油过滤网报警情况及时补油或更换滤芯，严格按照保养周期进行保养，防止压缩空气含油。

3）冷却水路改造及冷却器清洗：由于原设计冷却器使用开式冷却水，水质无法进行化学处理。改造将冷却水更换为闭式循环水，且在循环水管道加装变频循环泵，根据水温调整冷却水压在0.2～0.5 MPa 之间，同时将原冷却水串联布置的油冷却器与空气冷却器改造为并联布置；进行化学水处理及定期添加阻垢剂、剥离剂等，实现在线冷却器清洗。

如果冷却器换热效果差引起排气温度高，可采用福世泰克F2 型无毒生物降解清洗剂进行油冷却器清洗。根据脏污程度，药剂可同时清洗2～3台油冷却器，单台成本约200元。

3 螺杆空气压缩机节能提效改造

3.1 空气压缩机空气滤网进气口位置改造

根据试验，进气口阻力每增加100 Pa，空压机功率需增加9 kW；进气口温度每升高1 ℃，空压机功率需增加18 kW[1]。在对空气压缩机机壳冷却风流场改造后，机壳内处于负压运行状态，但进气口滤网前吸气阻力约280 Pa。为此，将空气压缩机空气滤网进气口位置通过50 cm直导管引至机壳外，综合计算进气延长管增加的阻力、机壳内部负压、大气压力，改造后进气口阻力降低到250 Pa。

原进气口处于电机冷却排风口上方，当空气压缩机满载运行时，进气口温度在35～40 ℃之间。现进气口处于空气压缩机机房环境温度下，进气温度降低了3～5 ℃。改造后，空气压缩机功率可节省50 kW,产气量提高约3%。

3.2 选用WT型WS25高效旋风分离器

将空气压缩机出口气水分离器更换为图2所示的WS25高效旋风分离器。WS25高效旋风分离器可除去99%的液态水，提高压缩空气后部过滤器效率。将压缩空气无热干燥器自动切换时间延长1倍，停运管道及储气罐其他疏水点，有效减少压缩空气损失。改造后，压缩空气母管压力降低1 bar，节省空气压缩机功率8 kW。

图2 WS25型高效旋风分离器

3.3 空压机变频改造

该厂6 台寿力LS25S-300 型螺杆空气压缩机采用并联运行方式。运行中空气压缩机采用P1 压力阶梯设置方法调整对外供气压力。由于压缩空气压力波动大，压缩机频繁加卸载，不利于电机的节能及安全运行。

为此，对其中两台空气压缩机进行了变频改造。变频控制柜安装在冷却条件较好的配电室内，变频器柜内设置旁通开关，实现变频器故障切换[2]。变频器串接入星形－三角形启动回路中，原启动方式不变，即当星形接触器接线状态时，三角形交流接触器常开触点断开，变频器不启动；转换为三角形接线状态时，变频器空载启动。压缩空气母管压力信号送入自动恒压PID 控制系统，PID 根据设定的压力将调节信号送达变频器，通过电机转速的改变实现产气量的调整[3]。为防止油气分离器分离效率低及机头润滑油不足，设定油气分离压力不低于3.4 bar，因此改造后的变频器最低出力为30 Hz。

运行控制方式改为一台变频空气压缩机控制压缩空气恒压，即P1 压力稳定运行，另一台变频空气压缩机作为备用，以减少设备频繁启动带来的电机损坏，延长电机使用寿命。

根据空气压缩机自身特性及保护完整性，对PLC控制系统中部分参数进行了调整：

1）星形－三角形启动切换时间由6 s改为1 s。

2）加载压力设定为低于1 bar，卸载压力高于1 bar。

经测算，变频空气压缩机运行电流较工频空气压缩机降低了7 A，年节省电量7×0.6×1.732×0.85×24×360=53 423.2 kW,节能效果显著且电机使用寿命及安全性得到了提高。