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)玻璃管液位計運行中出現的奔油現象的原因，提出了相應的解決對策。結果表明:國產(chǎn)玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機組存在設計不足及工藝參數控制不當而引起的;在設計玻璃管液位計時(shí)，可采用離心式和二級阻擋相結合的油分離器，當制冷能力有富余時(shí)，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計，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，嚴格按照工藝指標進(jìn)行調節，這樣可以避免玻璃管液位計出現奔油導致生產(chǎn)不穩定，螺桿機組運行壽命減短的情況發(fā)生。
螺桿式制冷機組是以螺桿壓縮機為主機的制冷機組，其單機制冷量大，制冷效率高，結構緊湊，運轉平穩，冷量能無(wú)級調節，節能性好，易損件少，廣泛用于國民經(jīng)濟各部門(mén)中需要實(shí)現人工制冷的場(chǎng)合，如石油、化工、輕工、醫藥等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)，及公共場(chǎng)所等大型建筑的空氣調節等。從1976 年我國第一臺螺桿式制冷壓縮機試制成功以來(lái)，經(jīng)過(guò)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械設備，玻璃管液位計時(shí)常發(fā)生奔油故障。
1 螺桿式制冷機組制冷原理及工作流程
國產(chǎn) II 系列螺桿式制冷壓縮機是一種開(kāi)啟式雙螺桿壓縮機，屬于容積式制冷壓縮機，它利用一對相互嚙合的陰陽(yáng)轉子在機體內作回轉運動(dòng)，周期性的改變轉子每對齒槽間的容積來(lái)完成吸氣、壓縮、排氣過(guò)程。其制冷原理為:制冷機組由蒸發(fā)器出來(lái)的狀態(tài)為氣體的冷媒，經(jīng)壓縮機絕熱壓縮以后，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，開(kāi)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工作時(shí)噴入大量的潤滑油與制冷劑蒸氣一起排出，所以在壓縮機與冷凝器之間設置了油分離器，在分離器里對冷凍機油和制冷劑進(jìn)行分離，氣相制冷劑通過(guò)冷凝后經(jīng)節流閥組到蒸發(fā)器里蒸發(fā)，和熱媒( 水) 進(jìn)行間壁式熱交換，zui后又回到壓縮機頭內;而冷凍機油的絕大部分經(jīng)冷卻器冷卻后由泵直接送到機頭內的各潤滑點(diǎn)。

2 奔油
奔油是指冷凍機油和制冷劑在油分離器里不能完全分離，冷凍機油隨制冷劑進(jìn)入系統的一種故障，此故障不但使制冷效果降低，嚴重時(shí)還將造成機組不能運行。
3 奔油的原因分析及對策
3． 1 設備的設計有待改進(jìn)
國產(chǎn)玻璃管液位計存在設計不足的問(wèn)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，極少量的冷凍機油則進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器，從而進(jìn)入制冷劑系統，影響了制冷效果，也影響了機組的良性運行。
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)油分離器的結構形式一般是過(guò)濾式，從壓縮機排出的高壓氣體，通過(guò)排氣管進(jìn)入油分離器，降低流速，當氣流速度小于平衡速度時(shí)，大量的潤滑油因為慣性及重力的作用沉降，微粒會(huì )跌落下來(lái)，使油滴微粒從制冷劑氣流中分離出來(lái)。過(guò)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大，設置過(guò)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，使密度較大的潤滑油分離出來(lái)沉積在油分離器的底部。
由此可見(jiàn)，這種分離器內部結構較為簡(jiǎn)單，外部龐大，對運行參數要求較高，操作彈性小，不易控制。
可以采用離心式和二級阻擋相結合的油分離器，離心式的油分離器在高負荷下的效率更高，二級阻擋指通過(guò)濾網(wǎng)或濾筒等過(guò)濾設備，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，二者結合使用可滿(mǎn)足機組負荷變化的需要。
3． 1． 2 蒸發(fā)器的選型及配置
根據蒸發(fā)器介質(zhì)種類(lèi)的不同，可分為滿(mǎn)液式和干式蒸發(fā)器螺桿制冷機兩類(lèi)，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。當進(jìn)入滿(mǎn)液式蒸發(fā)器內，載冷劑以 1 ～ 2 m /s的速度在管內流動(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(mǎn)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(mǎn)制冷劑，二者通過(guò)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。為了保證制冷系統正常運行，這種蒸發(fā)器中制冷劑的充滿(mǎn)高度應適中。液面過(guò)高可能使回氣中夾帶液體而造成壓縮機發(fā)生液擊;反之，液面過(guò)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，對于制冷劑氟利昂蒸發(fā)器充滿(mǎn)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)入壓縮機頭內。
而在干式蒸發(fā)器里，節流后的制冷劑液體從一側端蓋的下部進(jìn)入干式蒸發(fā)器內，制冷劑走管內流動(dòng)，而載冷劑走管殼流動(dòng)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內隨著(zhù)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(méi)有滿(mǎn)液式蒸發(fā)器的傳熱效果好。但是它沒(méi)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，從而減緩了凍結的危險。
滿(mǎn)液式蒸發(fā)器通過(guò)自吸完成回油，而干式蒸發(fā)器則通過(guò)壓差完成回油。所以當制冷能力有富余時(shí)，盡量采用干式蒸發(fā)器的玻璃管液位計，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(wú)專(zhuān)業(yè)的回油裝置，大部分冷凍油靠制冷劑在制冷系統管路內高速流動(dòng)循環(huán)帶回螺桿壓縮機內部。
有些比較大型的螺桿制冷系統會(huì )設置有專(zhuān)門(mén)的油分離器，在油分離器內冷凍油和冷媒一定程度上分離之后，靠制冷系統高低壓系統管路上的冷媒壓力差把冷凍油直接壓回到螺桿壓縮機的低壓側去，這就是強制回油設計。而約克螺桿機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頭噴射出的蒸氣通過(guò)噴嘴將蒸發(fā)器里的潤滑油和制冷劑蒸氣抽入機頭內。約克機的引射回油有兩個(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(mǎn)液式蒸發(fā)器也可采用引射回油裝置。
3． 2 工藝參數控制
設備安裝投入運行后，上述狀況很難改變，只有通過(guò)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(guò)程中因為操作人員不正確、不精細操作，所以極易造成奔油的發(fā)生。
3． 2． 1 機組運行過(guò)程中的供液量過(guò)大
機組運行時(shí)，如供液閥開(kāi)度過(guò)大，或系統熱負荷減少，則會(huì )造成奔油。因為在蒸發(fā)器里，液相制冷劑得不到充足的熱負荷來(lái)氣化，而打破了氣化和冷凝的平衡，隨著(zhù)機組持續運行，致使冷凝器和蒸發(fā)器里積存的液相制冷劑越來(lái)越多。如此也會(huì )造成壓縮機的液擊、結霜和奔油。所以必須通過(guò)監測吸氣壓力、油溫、排氣壓力、蒸發(fā)壓力、電機電流等指標，嚴格執行工藝控制指標，當吸氣壓力、排氣壓力、油溫和蒸發(fā)壓力降低，電機電流升高時(shí)，可通過(guò)及時(shí)調節供液閥的開(kāi)度來(lái)避免上述情況惡化成奔油。
3． 2． 2 潤滑油溫度控制不當
油泵啟動(dòng)后，因為生產(chǎn)需要，需立即啟動(dòng)主機，而此時(shí)的油溫并沒(méi)有升起來(lái)，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(guò)系統的循環(huán)運行，這種現象將進(jìn)一步惡化，即油溫更低且油溶解于制冷劑的濃度更大，嚴重時(shí)則會(huì )發(fā)生奔油。
同樣在機組運行過(guò)程中，系統熱負荷降低時(shí)未及時(shí)調節油溫，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(guò)量
系統內充裝過(guò)量的制冷劑，相應得不到足夠的熱負荷，過(guò)量的制冷劑則在系統里循環(huán)，可造成壓縮機的液擊和增加壓縮機的負荷，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(shí)吸氣壓力降低，機頭結霜，則會(huì )發(fā)生奔油。規定制冷劑充裝時(shí)，必須保證吸氣壓力 0． 2MPa 以上，且運行時(shí)的吸氣壓力在 0． 15 MPa 以上，保證充裝量不能過(guò)少，也不能過(guò)量。
3． 2． 4 機組調節未跟上整個(gè)系統熱負荷的變化
如上所述，熱負荷的降低會(huì )造成機組奔油的發(fā)生。玻璃管液位計并入了熱負荷復雜且時(shí)有波動(dòng)的系統內，它的操作必須要隨整個(gè)系統而動(dòng)，應隨著(zhù)系統熱負荷的升、降而增、減載，并不是單獨地調節某臺機組，因為系統管道長(cháng)且管網(wǎng)復雜，只憑冷凍水溫度調節，會(huì )造成調節滯后，增加調節難度，不能達到送水溫度要求，或者造成機組奔油的發(fā)生。因此用冷裝置的開(kāi)、停車(chē)和負荷的變化必須及時(shí)反饋給供冷裝置，根據熱負荷的變化，及時(shí)對機組增、減載，通過(guò)冷凍水溫度的變化來(lái)指導調節量。通過(guò)預見(jiàn)性的調節可規避滯后影響，從而保證機組運行的良性循環(huán)。
3． 3 日常操作中奔油的原因分析及對策
(1)供液量過(guò)大、熱負荷減少等原因引起壓縮機回液，制冷劑液體進(jìn)入壓縮機，由于液體的蒸發(fā)帶走大量潤滑油?？筛鶕?shí)際情況調整供液量，加大熱負荷或減小冷量控制好螺桿機的負荷，保證運行的平穩。
(2)壓縮機啟動(dòng)過(guò)程中增載過(guò)快，在油溫低、油分離效果較差的狀態(tài)下壓縮機很快達到滿(mǎn)載狀態(tài)。應控制好油溫，運行前要對油進(jìn)行預熱，當油溫達到 30 ℃ 左右再啟動(dòng)壓縮機并且緩慢增載，嚴格控制好壓縮機的吸氣壓力，油壓，排氣壓力等參數。
(3)加油過(guò)多，使油面沒(méi)過(guò)擋板進(jìn)入高效分離區。應該加油至油分離器中的油面到達上視液鏡中心處時(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(kāi)，回油濾網(wǎng)堵塞，回油節流閥未開(kāi)，油管路堵塞等。應正確調整閥門(mén)狀態(tài)，油分離器的 2 個(gè)回油閥其中的一個(gè)閥門(mén)常開(kāi)，另一個(gè)閥門(mén)常關(guān)(定期開(kāi));注意清洗回油濾網(wǎng);正確調整回油節流閥，有油時(shí)開(kāi)大，無(wú)油時(shí)開(kāi)小。
(5)排氣溫度過(guò)高，部分潤滑油氣化隨排氣帶走。主要是油溫過(guò)高，可檢查冷卻水是否開(kāi)到位，水壓是否正常。
(6)制冷劑過(guò)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，要根據儲液器的大小以及制冷量來(lái)添加。
4 結論
國產(chǎn)玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機組存在設計不足及工藝參數控制不當而引起的。因此，在設計玻璃管液位計時(shí)可參考國外先進(jìn)的同類(lèi)產(chǎn)品，在操作時(shí)要求操作人員必須精心操作，嚴格按照工藝指標進(jìn)行調節，避免出現因大幅度調節機組運行或平時(shí)調整不及時(shí)機組出現奔油而導致生產(chǎn)不穩定，螺桿機組運行壽命減短的情況發(fā)生。