摘要：介紹了國產(chǎn)玻璃管液位計的制冷原理及工作流程，分析了國產(chǎn)玻璃管液位計運(yùn)行中出現(xiàn)的奔油現(xiàn)象的原因，提出了相應(yīng)的解決對策。結(jié)果表明:國產(chǎn)玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機(jī)組存在設(shè)計不足及工藝參數(shù)控制不當(dāng)而引起的;在設(shè)計玻璃管液位計時，可采用離心式和二級阻擋相結(jié)合的油分離器，當(dāng)制冷能力有富余時，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計，蒸發(fā)器可采用引射回油裝置;在操作時要求操作人員必須精心操作，嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣可以避免玻璃管液位計出現(xiàn)奔油導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，螺桿機(jī)組運(yùn)行壽命減短的情況發(fā)生。
螺桿式制冷機(jī)組是以螺桿壓縮機(jī)為主機(jī)的制冷機(jī)組，其單機(jī)制冷量大，制冷效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，冷量能無級調(diào)節(jié)，節(jié)能性好，易損件少，廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門中需要實(shí)現(xiàn)人工制冷的場合，如石油、化工、輕工、醫(yī)藥等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，及公共場所等大型建筑的空氣調(diào)節(jié)等。從1976 年我國*一臺螺桿式制冷壓縮機(jī)試制成功以來，經(jīng)過二十多年的技術(shù)改造，有了較大改進(jìn)，但與國外先進(jìn)的螺桿式制冷壓縮機(jī)相比，還有較大差距。如某石化 20 kt /a 尼龍 6 聚合裝置、13kt /a 尼龍 6 紡絲裝置配備了 2 臺國產(chǎn) II 系列玻璃管液位計作為生產(chǎn)裝置提供冷媒的大型機(jī)械設(shè)備，玻璃管液位計時常發(fā)生奔油故障。
1 螺桿式制冷機(jī)組制冷原理及工作流程
國產(chǎn) II 系列螺桿式制冷壓縮機(jī)是一種開啟式雙螺桿壓縮機(jī)，屬于容積式制冷壓縮機(jī)，它利用一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，周期性的改變轉(zhuǎn)子每對齒槽間的容積來完成吸氣、壓縮、排氣過程。其制冷原理為:制冷機(jī)組由蒸發(fā)器出來的狀態(tài)為氣體的冷媒，經(jīng)壓縮機(jī)絕熱壓縮以后，變成高溫高壓狀態(tài)。被壓縮后的氣體冷媒在冷凝器中，等壓冷卻冷凝，經(jīng)冷凝后變化成液態(tài)冷媒，再經(jīng)節(jié)流閥膨脹到低壓，變成氣液混合物。其中低溫低壓下的液態(tài)冷媒，在蒸發(fā)器中吸收被冷物質(zhì)的熱量，重新變成氣態(tài)冷媒，同時被冷物質(zhì)的溫度降低。氣態(tài)冷媒經(jīng)管道重新進(jìn)入壓縮機(jī)，開始新的循環(huán)。國產(chǎn)玻璃管液位計工作流程如圖 1 所示，在玻璃管液位計里，由于螺桿式制冷壓縮機(jī)工作時噴入大量的潤滑油與制冷劑蒸氣一起排出，所以在壓縮機(jī)與冷凝器之間設(shè)置了油分離器，在分離器里對冷凍機(jī)油和制冷劑進(jìn)行分離，氣相制冷劑通過冷凝后經(jīng)節(jié)流閥組到蒸發(fā)器里蒸發(fā)，和熱媒( 水) 進(jìn)行間壁式熱交換，zui后又回到壓縮機(jī)頭內(nèi);而冷凍機(jī)油的絕大部分經(jīng)冷卻器冷卻后由泵直接送到機(jī)頭內(nèi)的各潤滑點(diǎn)。

2 奔油
奔油是指冷凍機(jī)油和制冷劑在油分離器里不能完全分離，冷凍機(jī)油隨制冷劑進(jìn)入系統(tǒng)的一種故障，此故障不但使制冷效果降低，嚴(yán)重時還將造成機(jī)組不能運(yùn)行。
3 奔油的原因分析及對策
3． 1 設(shè)備的設(shè)計有待改進(jìn)
國產(chǎn)玻璃管液位計存在設(shè)計不足的問題，如潤滑油和制冷劑的分離效果不如國外的理想，因潤滑油和制冷劑不能絕對分離，*少量的冷凍機(jī)油則進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器，從而進(jìn)入制冷劑系統(tǒng)，影響了制冷效果，也影響了機(jī)組的良性運(yùn)行。
3． 1． 1 潤滑油和制冷劑的分離效果不理想
油分離器的作用是分離壓縮機(jī)排氣中攜帶的潤滑油，使進(jìn)入冷凝器的制冷劑純凈，避免潤滑油進(jìn)入冷凝器而降低冷凝器的效率。國產(chǎn)油分離器的結(jié)構(gòu)形式一般是過濾式，從壓縮機(jī)排出的高壓氣體，通過排氣管進(jìn)入油分離器，降低流速，當(dāng)氣流速度小于平衡速度時，大量的潤滑油因?yàn)閼T性及重力的作用沉降，微粒會跌落下來，使油滴微粒從制冷劑氣流中分離出來。過濾式油分離器的基本工作原理主要就是利用潤滑油和制冷劑蒸氣的密度不同，以及通道截面突然擴(kuò)大，設(shè)置過濾網(wǎng)層，氣流速度驟降(為保障分離效果，必須使進(jìn)入油分離器后蒸氣的流速下降至 0． 8 ～ 1 ． 0 m /s);同時改變流向，使密度較大的潤滑油分離出來沉積在油分離器的底部。
由此可見，這種分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，外部龐大，對運(yùn)行參數(shù)要求較高，操作彈性小，不易控制。
可以采用離心式和二級阻擋相結(jié)合的油分離器，離心式的油分離器在高負(fù)荷下的效率更高，二級阻擋指通過濾網(wǎng)或?yàn)V筒等過濾設(shè)備，進(jìn)行油氣分離，而在排氣流速較低時，其分離效果會更好，二者結(jié)合使用可滿足機(jī)組負(fù)荷變化的需要。
3． 1． 2 蒸發(fā)器的選型及配置
根據(jù)蒸發(fā)器介質(zhì)種類的不同，可分為滿液式和干式蒸發(fā)器螺桿制冷機(jī)兩類，而前者比后者更容易發(fā)生奔油，但制冷效果前者比后者更好。當(dāng)進(jìn)入滿液式蒸發(fā)器內(nèi)，載冷劑以 1 ～ 2 m /s的速度在管內(nèi)流動，液體制冷劑經(jīng)膨脹閥降壓以后，從筒體的下半部進(jìn)入，充滿管殼空間，受熱后形成的氣泡不斷上升至液面，管束間大部分充滿制冷劑，二者通過管壁進(jìn)行充分的熱交換。吸熱蒸發(fā)的制冷劑蒸氣，經(jīng)蒸發(fā)器上部的液體分離器，被吸進(jìn)入壓縮機(jī)。為了保證制冷系統(tǒng)正常運(yùn)行，這種蒸發(fā)器中制冷劑的充滿高度應(yīng)適中。液面過高可能使回氣中夾帶液體而造成壓縮機(jī)發(fā)生液擊;反之，液面過低會使得部分蒸發(fā)管露出液面而不起換熱作用，從而降低蒸發(fā)器的傳熱能力。因此，對于制冷劑氟利昂蒸發(fā)器充滿高度一般為筒體直徑的 55% ～ 65% 。因此制冷劑氟利昂以很低的速度進(jìn)入壓縮機(jī)頭內(nèi)。
而在干式蒸發(fā)器里，節(jié)流后的制冷劑液體從一側(cè)端蓋的下部進(jìn)入干式蒸發(fā)器內(nèi)，制冷劑走管內(nèi)流動，而載冷劑走管殼流動，經(jīng)過幾個流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)隨著流動而不斷蒸發(fā)，所以壁面有一部分為蒸氣所占有，因此，它的傳熱效果沒有滿液式蒸發(fā)器的傳熱效果好。但是它沒有液柱對蒸發(fā)溫度的影響，且由于制冷劑流速較高(大于等于 4 m /s)，因此回油較好。此外，由于管殼充入的是大量載冷劑，從而減緩了凍結(jié)的危險。
滿液式蒸發(fā)器通過自吸完成回油，而干式蒸發(fā)器則通過壓差完成回油。所以當(dāng)制冷能力有富余時，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計，但實(shí)際如何選擇則需綜合考慮。
3． 1． 3 回油裝置
國產(chǎn)玻璃管液位計并無專業(yè)的回油裝置，大部分冷凍油靠制冷劑在制冷系統(tǒng)管路內(nèi)高速流動循環(huán)帶回螺桿壓縮機(jī)內(nèi)部。
有些比較大型的螺桿制冷系統(tǒng)會設(shè)置有專門的油分離器，在油分離器內(nèi)冷凍油和冷媒一定程度上分離之后，靠制冷系統(tǒng)高低壓系統(tǒng)管路上的冷媒壓力差把冷凍油直接壓回到螺桿壓縮機(jī)的低壓側(cè)去，這就是強(qiáng)制回油設(shè)計。而約克螺桿機(jī)則采用了引射回油裝置，效果很好。所謂引射回油就是利用壓縮機(jī)頭噴射出的蒸氣通過噴嘴將蒸發(fā)器里的潤滑油和制冷劑蒸氣抽入機(jī)頭內(nèi)。約克機(jī)的引射回油有兩個取油點(diǎn)，分布在蒸發(fā)器的中下部，并不是在底部，經(jīng)驗(yàn)顯示這里取油比在底部更有利。為此可以借鑒之，對國產(chǎn)滿液式蒸發(fā)器也可采用引射回油裝置。
3． 2 工藝參數(shù)控制
設(shè)備安裝投入運(yùn)行后，上述狀況很難改變，只有通過精心、科學(xué)操作，zui大可能地降低奔油發(fā)生的頻率，但實(shí)際生產(chǎn)過程中因?yàn)椴僮魅藛T不正確、不精細(xì)操作，所以*易造成奔油的發(fā)生。
3． 2． 1 機(jī)組運(yùn)行過程中的供液量過大
機(jī)組運(yùn)行時，如供液閥開度過大，或系統(tǒng)熱負(fù)荷減少，則會造成奔油。因?yàn)樵谡舭l(fā)器里，液相制冷劑得不到充足的熱負(fù)荷來氣化，而打破了氣化和冷凝的平衡，隨著機(jī)組持續(xù)運(yùn)行，致使冷凝器和蒸發(fā)器里積存的液相制冷劑越來越多。如此也會造成壓縮機(jī)的液擊、結(jié)霜和奔油。所以必須通過監(jiān)測吸氣壓力、油溫、排氣壓力、蒸發(fā)壓力、電機(jī)電流等指標(biāo)，嚴(yán)格執(zhí)行工藝控制指標(biāo)，當(dāng)吸氣壓力、排氣壓力、油溫和蒸發(fā)壓力降低，電機(jī)電流升高時，可通過及時調(diào)節(jié)供液閥的開度來避免上述情況惡化成奔油。
3． 2． 2 潤滑油溫度控制不當(dāng)
油泵啟動后，因?yàn)樯a(chǎn)需要，需立即啟動主機(jī)，而此時的油溫并沒有升起來，油的黏度比較大，且也是溶解于制冷劑濃度zui大的時候，這樣不能充分保證油的流動性和循環(huán)量，而且通過系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)行，這種現(xiàn)象將進(jìn)一步惡化，即油溫更低且油溶解于制冷劑的濃度更大，嚴(yán)重時則會發(fā)生奔油。
同樣在機(jī)組運(yùn)行過程中，系統(tǒng)熱負(fù)荷降低時未及時調(diào)節(jié)油溫，則也會發(fā)生上述情況。所以油溫必須控制在 35 ～ 70 ℃ 。
3． 2． 3 制冷制充裝過量
系統(tǒng)內(nèi)充裝過量的制冷劑，相應(yīng)得不到足夠的熱負(fù)荷，過量的制冷劑則在系統(tǒng)里循環(huán)，可造成壓縮機(jī)的液擊和增加壓縮機(jī)的負(fù)荷，還可造成更多的潤滑油溶解，增加油和制冷劑的分離難度。此時吸氣壓力降低，機(jī)頭結(jié)霜，則會發(fā)生奔油。規(guī)定制冷劑充裝時，必須保證吸氣壓力 0． 2MPa 以上，且運(yùn)行時的吸氣壓力在 0． 15 MPa 以上，保證充裝量不能過少，也不能過量。
3． 2． 4 機(jī)組調(diào)節(jié)未跟上整個系統(tǒng)熱負(fù)荷的變化
如上所述，熱負(fù)荷的降低會造成機(jī)組奔油的發(fā)生。玻璃管液位計并入了熱負(fù)荷復(fù)雜且時有波動的系統(tǒng)內(nèi)，它的操作必須要隨整個系統(tǒng)而動，應(yīng)隨著系統(tǒng)熱負(fù)荷的升、降而增、減載，并不是單獨(dú)地調(diào)節(jié)某臺機(jī)組，因?yàn)橄到y(tǒng)管道長且管網(wǎng)復(fù)雜，只憑冷凍水溫度調(diào)節(jié)，會造成調(diào)節(jié)滯后，增加調(diào)節(jié)難度，不能達(dá)到送水溫度要求，或者造成機(jī)組奔油的發(fā)生。因此用冷裝置的開、停車和負(fù)荷的變化必須及時反饋給供冷裝置，根據(jù)熱負(fù)荷的變化，及時對機(jī)組增、減載，通過冷凍水溫度的變化來指導(dǎo)調(diào)節(jié)量。通過預(yù)見性的調(diào)節(jié)可規(guī)避滯后影響，從而保證機(jī)組運(yùn)行的良性循環(huán)。
3． 3 日常操作中奔油的原因分析及對策
(1)供液量過大、熱負(fù)荷減少等原因引起壓縮機(jī)回液，制冷劑液體進(jìn)入壓縮機(jī)，由于液體的蒸發(fā)帶走大量潤滑油。可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整供液量，加大熱負(fù)荷或減小冷量控制好螺桿機(jī)的負(fù)荷，保證運(yùn)行的平穩(wěn)。
(2)壓縮機(jī)啟動過程中增載過快，在油溫低、油分離效果較差的狀態(tài)下壓縮機(jī)很快達(dá)到滿載狀態(tài)。應(yīng)控制好油溫，運(yùn)行前要對油進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)油溫達(dá)到 30 ℃ 左右再啟動壓縮機(jī)并且緩慢增載，嚴(yán)格控制好壓縮機(jī)的吸氣壓力，油壓，排氣壓力等參數(shù)。
(3)加油過多，使油面沒過擋板進(jìn)入高效分離區(qū)。應(yīng)該加油至油分離器中的油面到達(dá)上視液鏡中心處時，停止加油。
(4)油分離器二次回油效果差，油分離器的 2個回油管同時打開，回油濾網(wǎng)堵塞，回油節(jié)流閥未開，油管路堵塞等。應(yīng)正確調(diào)整閥門狀態(tài)，油分離器的 2 個回油閥其中的一個閥門常開，另一個閥門常關(guān)(定期開);注意清洗回油濾網(wǎng);正確調(diào)整回油節(jié)流閥，有油時開大，無油時開小。
(5)排氣溫度過高，部分潤滑油氣化隨排氣帶走。主要是油溫過高，可檢查冷卻水是否開到位，水壓是否正常。
(6)制冷劑過多也是引起奔油的原因之一。制冷劑的添加也不是越多越好，要根據(jù)儲液器的大小以及制冷量來添加。
4 結(jié)論
國產(chǎn)玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機(jī)組存在設(shè)計不足及工藝參數(shù)控制不當(dāng)而引起的。因此，在設(shè)計玻璃管液位計時可參考國外先進(jìn)的同類產(chǎn)品，在操作時要求操作人員必須精心操作，嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)因大幅度調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行或平時調(diào)整不及時機(jī)組出現(xiàn)奔油而導(dǎo)致生產(chǎn)不穩(wěn)定，螺桿機(jī)組運(yùn)行壽命減短的情況發(fā)生。