摘要：介紹了國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)的制冷原理及工作流程，分析了國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)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(duì)策。結(jié)果表明:國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)奔油的原因主要是制冷機(jī)組存在設(shè)計(jì)不足及工藝參數(shù)控制不當(dāng)而引起的;在設(shè)計(jì)玻璃管液位計(jì)時(shí)，可采用離心式和二級(jí)阻擋相結(jié)合的油分離器，當(dāng)制冷能力有富余時(shí)，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計(jì)，蒸發(fā)器可采用引射回油裝置;在操作時(shí)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(jì)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(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，節(jié)能性好，易損件少，廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中需要實(shí)現(xiàn)人工制冷的場(chǎng)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(chǎng)所等大型建筑的空氣調(diào)節(jié)等。從1976 年我國(guó)*一臺(tái)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(guó)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(tái)國(guó)產(chǎn) II 系列玻璃管液位計(jì)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(jì)時(shí)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(guó)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(duì)相互嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，周期性的改變轉(zhuǎn)子每對(duì)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(shí)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(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)工作流程如圖 1 所示，在玻璃管液位計(jì)里，由于螺桿式制冷壓縮機(jī)工作時(shí)噴入大量的潤(rùn)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(duì)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(rùn)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(shí)還將造成機(jī)組不能運(yùn)行。
3 奔油的原因分析及對(duì)策
3． 1 設(shè)備的設(shè)計(jì)有待改進(jìn)
國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)存在設(shè)計(jì)不足的問題，如潤(rùn)滑油和制冷劑的分離效果不如國(guó)外的理想，因潤(rùn)滑油和制冷劑不能絕對(duì)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(rùn)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(rùn)滑油，使進(jìn)入冷凝器的制冷劑純凈，避免潤(rùn)滑油進(jìn)入冷凝器而降低冷凝器的效率。國(guó)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(shí)，大量的潤(rùn)滑油因?yàn)閼T性及重力的作用沉降，微粒會(huì)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(rùn)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(shí)改變流向，使密度較大的潤(rùn)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(jiǎn)單，外部龐大，對(duì)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(jí)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(jí)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(shí)，其分離效果會(huì)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(dòng)，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(huì)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(duì)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(dòng)，而載冷劑走管殼流動(dòng)，經(jīng)過幾個(gè)流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)隨著流動(dòng)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(duì)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(xiǎn)。
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(shí)，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計(jì)，但實(shí)際如何選擇則需綜合考慮。
3． 1． 3 回油裝置
國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)并無(wú)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(dòng)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(huì)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(jì)。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(rùn)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(gè)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(duì)國(guó)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(shí)，如供液閥開度過大，或系統(tǒng)熱負(fù)荷減少，則會(huì)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(huì)造成壓縮機(jī)的液擊、結(jié)霜和奔油。所以必須通過監(jiān)測(cè)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(shí)，可通過及時(shí)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(rùn)滑油溫度控制不當(dāng)
油泵啟動(dòng)后，因?yàn)樯a(chǎn)需要，需立即啟動(dòng)主機(jī)，而此時(shí)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(shí)候，這樣不能充分保證油的流動(dòng)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(shí)則會(huì)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(shí)未及時(shí)調(diào)節(jié)油溫，則也會(huì)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(rùn)滑油溶解，增加油和制冷劑的分離難度。此時(shí)吸氣壓力降低，機(jī)頭結(jié)霜，則會(huì)發(fā)生奔油。規(guī)定制冷劑充裝時(shí)，必須保證吸氣壓力 0． 2MPa 以上，且運(yùn)行時(shí)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(gè)系統(tǒng)熱負(fù)荷的變化
如上所述，熱負(fù)荷的降低會(huì)造成機(jī)組奔油的發(fā)生。玻璃管液位計(jì)并入了熱負(fù)荷復(fù)雜且時(shí)有波動(dòng)的系統(tǒng)內(nèi)，它的操作必須要隨整個(gè)系統(tǒng)而動(dòng)，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(tái)機(jī)組，因?yàn)橄到y(tǒng)管道長(zhǎng)且管網(wǎng)復(fù)雜，只憑冷凍水溫度調(diào)節(jié)，會(huì)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(shí)反饋給供冷裝置，根據(jù)熱負(fù)荷的變化，及時(shí)對(duì)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(duì)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(rùn)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(dòng)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(duì)油進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)油溫達(dá)到 30 ℃ 左右再啟動(dòng)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(shí)，停止加油。
(4)油分離器二次回油效果差，油分離器的 2個(gè)回油管同時(shí)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(gè)回油閥其中的一個(gè)閥門常開，另一個(gè)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(shí)開大，無(wú)油時(shí)開小。
(5)排氣溫度過高，部分潤(rùn)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(chǔ)液器的大小以及制冷量來添加。
4 結(jié)論
國(guó)產(chǎn)玻璃管液位計(jì)奔油的原因主要是制冷機(jī)組存在設(shè)計(jì)不足及工藝參數(shù)控制不當(dāng)而引起的。因此，在設(shè)計(jì)玻璃管液位計(jì)時(shí)可參考國(guó)外先進(jìn)的同類產(chǎn)品，在操作時(shí)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(shí)調(diào)整不及時(shí)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。