空压机作为一种广泛应用于工业生产领域的动力设备，其主要作用是将电能转换为压缩空气能，为各种用气设备提供动力。我公司烧成车间空压机房原设计方案中为熟料生产线配置了4台英格索兰的R1101W7.5螺杆式空气压缩机(以下简称螺杆空压机),每台螺杆空压机额定流量20.75m³/min,额定排气压力0.70～0.75MPa,额定功率110kW。烧成车间熟料生产线正常生产时螺杆空压机在“开三备一”情况下基本可以满足生产需求。但随着烧成车间熟料生产线台时产量的提高、用气量的增加，一旦处于运行状态的螺杆空压机有故障时就会出现用气紧张的情况，严重影响了窑系统的正常运行。为此我公司于2021年9月对烧成车间压缩空气供气系统进行了节能技术改造，拆除了(编号为1#及2#的)两台旧螺杆空压机，将其分别更换成两台型号为GL132W-5.5(工频运行)及GL132VSDW-5.5(变频运行)的阿特拉斯生产的、比功率较小的高效节能型螺杆空压机，每台额定流量为30.3m³/min,额定工作压力为0.5MPa,额定功率为132kW(如图1、图2所示),同时保留(3#、4#)两台旧螺杆空压机作备用。通常情况下开两台新机，其中1#螺杆空压机长期连续运行并保持恒压供气，当用气设备负载过大导致系统压力不足时2#螺杆空压机自动加载，当系统压力达到上限值后2#螺杆空压机自动停止加载。两台新装螺杆空压机投运后供气能力完全满足生产且有富余，经过几个月的运行后，通过对这几台螺杆空压机运行数据的统计测算，节电率达到20%以上，实现了节能改造的目标。

但技改后长期以工频运行的1#螺杆空压机的运行温度一直偏高，冬季环境温度低时其运行温度基本在90℃左右，而夏季环境温度高时其运行温度则超过95℃甚至达到100℃以上，极端情况下其运行温度甚至会超过110℃直至跳停，并且由于1#螺杆空压机运行温度过高还发生过压缩机油结焦现象。在实际应用过程中，如果螺杆空压机的运行温度长期处于超高温状态，不仅会影响设备的工作效率，还可能导致设备损坏、缩短使用寿命，因此解决1#螺杆空压机运行温度长期过高的问题势在必行。本文基于螺杆空压机的结构及工作原理，分析温度过高的原因，提出解决方案。

螺杆空压机的结构及工作原理

螺杆空压机运行温度过高的原因分析

由以上螺杆空压机的结构及工作原理可见，对螺杆空压机的运行温度造成影响主要有以下三方面的原因：

(1)压缩机对空气进行压缩过程中产生的热量(该热量通过压缩机转子传导至压缩机油，从而导致压缩机油温度升高),可以由克拉伯龙方程pV=nRT进行近似描述，其中p为气体压强，单位Pa;V为气体体积，单位m³;n为气体的物质的量，单位mol;T为体系温度；R为比例系数，该数值与不同状况下有所不同，单位是J/(mol·K)。

(2)阴阳转子啮合过程中相互挤压及摩擦产生的热量，该热量直接导致压缩机油的温度升高。

以上原因中油压缩机油携带的热量主要通过与油冷却器的热交换被循环水带走，热交换的效果由流经油冷却器的循环水的进水温度(一般情况下为恒定值)、流量及油冷却器的热交换面积决定，如果循环水流量减小、或者油冷却器的热交换面积过小，从而使得空气在压缩过程中产生的热量无法被循环水迅速带走，并最终导致螺杆空压机的运行温度大幅上升，因此是影响螺杆空压机运行温度的主要因素。

压缩机转子主轴承在高速旋转过程中与滚道之间的滚动摩擦产生的热量。该原因产生的热量通过与轴承周围环境中空气的热交换被带走的，轴承无故障时该方面的原因基本可以不考虑，因此是影响螺杆空压机运行温度的次要因素。在1#螺杆空压机故障停机后拆开油冷却器及循环水管道检查后发现，两个压缩机油冷却器列管大多被附着在管壁上的水垢(主要成分为CaCO₃)堵塞，并且循环水回水管内水垢厚度超过10mm(这种情况下循环水的流量会明显减小)。原因显然是螺杆空压机连续运行时油冷却器列管及循环水回水管内水温长期过高致使循环水中CaCO₃析出并逐渐沉着在管壁上，从而使油冷却器的冷却效果变差、空压机油温升高，最终导致空压机运行温度升高，并进一步导致循环水温度上升，循环水中的CaCO₃加速沉着在管壁上，如图3所示。

虽然对螺杆空压机的循环水管清洗后超温现象可得到暂时缓解，但清洗其油冷却器列管及循环水管道无法从根本上解决问题。显然，导致循环水回水管温度长期过高的原因不外乎循环水的流量过低或油冷却器的热交换面积过小，从而使空气压缩过程中产生的热量无法被循环水迅速带走，而1#螺杆空压机配置有3个油冷却器，水路为串联共用一组冷却水，我们通过将其中一个油冷却器单独接一组冷却水从而增加循环水流量的方案并未明显提高冷却效果。因此，造成循环水回水管温度长期过高的原因应该是油冷却器热交换面积过小。

螺杆空压机运行温度过高的解决方案

为从根本上解决1#螺杆空压机运行温度过高问题，我公司管理技术人员经讨论协商共同提出了以下两种方案。

3.1软化循环水方案

由上所述，之前我们通过对1#螺杆空压机循环水管道的清洗从而使油冷却器列管管壁及循环水回水管壁暂时没有CaCO₃附着，从而循环水流量保持恒定时，螺杆空压机运行温度在一段时间内基本可以稳定在85℃左右；因此为消除循环水回水温度过高时循环水中CaCO₃在油冷却器列管管壁及循环水回水管管壁上的沉淀附着，从而保持循环水的正常流量，可以采用软化循环水方案，但该方案需要新增循环水软化药剂自动投放系统，另外还需要安排化验人员对循环水中的CaCO₃成分进行取样检测，因投资金额过大且运行维护成本较高，最终未考虑实施。

3.2增大油冷却器热交换面积方案

在软化循环水方案被否决的情况下，经过对螺杆空压机结构及工作原理的详细了解及发生故障时设备具体状况的深入分析，初步判断造成循环水回水管温度过高的原因是油冷却器热交换面积过小，而解决该问题的最直接方法是将该螺杆空压机标配的油冷却器更换为热交换面积较大的油冷却器。但由于油冷却器价格较贵，而公司资金情况不允许，因此考虑将更换下来的螺杆空压机配套的油冷却器利用起来，决定在1#螺杆空压机现有配置及其他运行参数如循环水的进水水温、循环水流量等保持不变基础上，再增加一套热交换面积为8m²的管式油冷却器，并采用独立循环水管路将其用高压软管连接到油气分离筒与油过滤器之间在气路上与螺杆空压机的原装油冷却器串联连接，为方便起见将其安装在螺杆空压机机组外，如图4所示。

螺杆空压机温度过高解决方案实施效果

1#螺杆空压机新增热交换面积8m²的管式油冷却器安装完成后即将其投运，经过几个月的连续运行，该螺杆空压机的各项运行参数均稳定运行在合理范围内，特别是其运行温度基本不会超过并长期稳定在83℃左右，较改造前平均下降了15℃左右；该螺杆空压机正常停机后烧成车间安排员工对其每个油冷却器列管及循环水管进行了全面检查，基本看不到管壁上有CaCO₃沉淀附着，并且改造前因运行温度过高而发生过的压缩机油结焦现象改造后再没有发生过。到目前为止1#螺杆空压机已正常运行了近18个月，即使是在炎热的夏季环境温度高达40℃情况下其运行温度也能始终保持在85℃以下，运行效果非常理想，为该螺杆空压机的长期稳定运行提供了可靠保障。

结束语

我公司1#螺杆空压机运行温度过高问题的成功解决，给我们以重要启示，当某设备运行过程中出现超出我们认知范围的故障时，需要对该设备的结构及工作原理进行详细了解，同时还要对发生故障时设备的具体状况进行深入调研分析，唯有如此，我们才能够在此基础上找到设备故障的真正原因，并为我们从根本上解决问题提供理论及实践方面的依据。

以上内容转载自压缩机指闻微信公众号。