钻井平台空气压缩机及干燥器详解

教材、教案模块举例1.培训对象：1.1.入职新员工；1.2.学历：2.培训内容：空气压缩机及干燥器3.培训课时：3.1.理论培训：6 小时3.2.实操训练：x 小时4.了解内容：4.1钻井平台用空气压缩机和空气干燥器的分类：钻井平台空气压缩机按用途分：输灰空压机（低压风机）、服务空压机（主空压机）、呼吸器充气压风机（高压压风机）。

4.1.1按结构形式分：螺杆式压风机、活塞式压风机、滑片式压风机、离心式压风机。

后两种形式的压风机主要用在一些工作压力较低的设备上；平台现在常用的主压风机一般常用螺杆式空压机。

钻井平台常用的空气干燥器主要是冷冻式空气干燥器，和可再生式空气干燥器。

4.1.2螺杆式空压机的基本结构、工作原理和自动控制：4.1.2.1螺杆式压风机的结构和工作原理；螺杆式压风机的结构及工作原理与螺杆泵的机构及工作原理基本相似，只是传递的介质不同，在控制方面复杂一些，自动化程度比较高。

钻井平台使用的螺杆式压风机大多数用作服务空压机用，且大多为双螺杆形式，有主动螺杆和从动螺杆。

如图4-1双螺杆泵结构图，主动螺杆和从动螺杆相互啮合，从垂直于轴线的剖切面看，它们的形状就象互相啮合的齿轮，整根螺杆可设想为这些极薄的齿轮沿轴向一面移动一面转动而形成。

主、从动螺杆的末端安装有向心推力轴承，承受螺杆泵的轴向推力。

1.壳体 3.轴承 4.垫片 10.主动螺杆 11.从动螺杆压风机的吸入口在左上方，排出口在右下方，它主要由壳体1及安插在壳体中的主动螺杆10与从动螺杆11的啮合组成。

主、从动螺杆的转向相反。

啮合之间以及螺杆与壳体衬套内壁之间的间隙都很小，并且借啮合线从左到右形成A 、B 、C 等多个彼此分隔的空间。

随着螺杆的啮合转动，吸入空间首先从左面上部开始逐渐增大（如图中A 位置），不断吸入空气，然后封闭。

接着，一方面这个封闭空间沿轴向不断向右推移直至排出端，另一方面，新的吸入空间又紧接着在吸入端形成。

一个接一个的封闭空间移到排出端与排出腔相通，其中的空气就不断被挤出。

这就是螺杆压风机的工作原理。

如果螺杆反转，则泵的吸、排方向相反。

4.1.2.2 压缩机的实际工作流程及各系统冷却油系统；包括冷却油、节温器、冷却器，油池及管系组成。

冷却油在压力的作用下，由分离器油池流到油冷却器的进口以及油节温器的旁通口。

节温器控制提供适当的喷油温度所需要的冷却油量。

当空压机冷启动时，部分冷却润滑油旁通冷却器直接回到压缩机。

当系统温度上升到节温器设定的开启温度时，冷却油将进入冷却器进行冷却。

压缩空气系统：压缩空气系统由以下部分组成；进气滤清器、进气阀、转子、油气分离器、最小压力阀、空气冷却器、 疏水器B CA空气经过过滤器和进气阀进入空压机，螺杆空压机的压缩作用是一对螺旋转子（一阴一阳）啮合产生，两根转子分别装在两根平行轴上，并装在高强度的铸铁壳里；进气口和排气口分别位于壳体两端，阳转子的槽与阳转子啮合，被其驱动，排气端上采用圆锥滚柱轴承以免转子轴向窜动。

油气混合物从压缩机排出，进入分离系统该系统在分离筒内自成一体将大部分冷却油去除，仅留下几个PPM。

冷却油又回到系统中去。

而空气进入后冷却器进行冷却，后冷却系统由热交换器、水分离器（疏水器）和放水阀组成；压缩空气经过冷却后，空气中自然所含的水份被大部分冷凝出来，而相对干燥的空气则进入到干燥器中进行进一步的干燥后再输送到最终用户。

当压缩机处于卸荷状态时，此时进气门关闭放气阀打开，压缩空气通过放气管返回到进气口。

压力阀：防止分离器受低压冲击，保持其压力；最小有助于分离系统阻止管网压力在机组卸载或停机时进入冷却系统，通常的设定压力为4.5bar。

4.1.2.3油气分离系统低压油气分离系统由内部结构经专门设计的筒体和两级聚集式分离芯以及回油管路组成。

来自压缩机的混合液通过一个切向排气口进入筒体，该排气出口使油气混合物沿着筒体内部旋转，于是油便聚集起来滴落到筒体的油池内。

内部的折流板使余下的冷却油滴和空气继续沿着内壁流动。

在折流板的作用下，油气流的流动方向不断改变，加上惯性作用，越来越多的油滴从空气中除去，并流回油池中。

这是的气流已基本上是非常细小的薄雾，朝分离芯流去。

分离芯由两个紧密填塞的纤维同心圆柱组成，每个圆柱都用钢丝夹固。

分离芯用法兰安装于筒体出口盖上。

图4－4 油分离器气流径向进入分离芯，薄雾聚合，形成小滴，聚集于外侧第一级上的油滴落入油池，而聚集于内侧第二级上的油滴聚集在分离芯出口的附近，通过安装在回油管路上的过滤网和节流孔接头，抽回到压缩机的进油口。

4.1.2.4自动控制：钻井平台螺杆式压风机目前都是自动控制，并且自动化程度很高。

基本上都可以实现一下功能：A、数字显示；B、自动卸载/加载；C、多台压风机自动并联运行；D、空气高温报警/停机；E、润滑油高温报警；F、润滑油低压报警；G、分离器高压差报警；H、其它故障报警等自动功能。

安装在分离器排出口的压力传感器控制着压缩机的自动加载/卸载，当排出压力低于设定下限值时，空压机自动加载，当排出压力高于设定上限值时，压缩机自动卸载。

2台或多台压风机并联运行时，选择1台或2台压风机做为主机，其它压风机做为副机并处于待机状态。

当空气消耗量较大，系统空气压力低于副机的设定下限压力时，副机自动启动投入工作，当系统压力高于副机设定上限压力时，副机自动停止工作。

当1台主机能够满足使用要求时，副机停止工作处于待机状态。

4.1.3螺杆式空压机的运行操作与维护保养：4.1.3.1启动前检查：1）空气压缩机如果是初次使用，首先要给压缩机加润滑油，检查压缩机电机电制是否与铭牌相同、转向是否与压缩机要求相同，测量电气绝缘是否达到要求，检查各附件是否安装齐全，手动盘车检查有无卡阻现象，给空气压缩机送电，检查有故障报警并消除；2）检查润滑油液位是否在正常位置；3）检查空气滤器是否脏堵，必要时更换空气滤芯，清洁滤网；4）检查压风机固定情况，管线有无泄露；4.1.3.2. 运行中管理：1）螺杆压风机在管理管理中严防出现干转，避免使螺杆和泵套的工作表面严重磨损，在初次使用或大修过的压风机在使用前必须加注润滑油;2）空气过滤器必须保持清洁，过多的灰尘增加螺杆与泵套的磨损，空气滤器脏堵吸气真空度增大，磨损加剧，排气量下降;3）油气分离器压差太大，增加压缩机卸载时的负荷，容易造成压缩机高温，增加磨损，压缩空气中携带润滑油较多，润滑油消耗增加;4）输水器要保持工作正常，过多的水分将损坏其它设备或造成故障;5）螺杆压风机螺杆较长，钢度较差，容易受外力变形，在拆装和取出存放时应特别注意，电机与泵要有很好的对中。

4.1.3.3保养内容及周期：1)500小时保养1>清洗海水过滤器。

2>检查、更换滑油冷却器及空气冷却器锌棒。

2)1000小时3个月保养1>检查温度传感器是否正常。

3)1200小时3个月保养1>检查各连接软管是否正常。

2>检查紧固各基座螺栓。

4)2000小时或6个月保养1>更换油过滤器。

5) 4000小时或6个月保养1>清洁冷却器芯。

2>更换空气滤器。

6) 4000小时或12个月保养1>清洁油分离器滤网及小孔。

7) 8000小时或12个月保养1>检查启动接触器。

8) 8000小时或24个月保养1>更换Ultra冷却油。

2>更换油分离器芯。

9)电机维护(定期轴承润滑)1>每1000小时……所有闭式电机。

2>每2000小时……所有开式电机及风扇电机。

4.1.4螺杆式空压机的常见故障及解决方法：1．吸入真空度太大：1)检查进气滤器是否堵塞，必要时清洁或更换空气滤器。

2)进气控制阀开度太小，检查进气控制阀是否灵活，包括步进电机连接件、步进电机控制板等。

3)吹气阀堵塞。

2．油、气分离器压差太大1)油、气分离器堵塞，分离器滤芯使用时间太长，更换分离器滤芯。

2)油池内油位太高，堵塞分离器滤芯。

3)压缩机磨损或机油太脏，堵塞分离器滤芯。

3．卸何时油、气分离器压力太高1)吹气阀故障，吹气电磁发损坏，阀芯卡住。

2)分离器滤芯堵塞，更换分离器滤芯。

4．润滑油消耗过多1)分离器滤芯损坏，润滑油进入排气系统。

2)压缩机轴封损坏，检查轴封。

3)润滑油管路泄漏，检查有无漏油部位。

4)润滑油液位太高，适当放掉一些润滑油。

5．压缩机噪声大，震动加剧1)压缩机固定螺丝松动，检查紧固固定螺丝。

2)压缩机轴承磨损严重，检查轴承磨损情况。

3)压缩机螺杆磨损严重，检查压缩机螺杆。

6．排气温度高温1)后冷器堵塞，清洁后冷器。

2)冷却水压力太低或冷却风扇损坏，检查海水压力，清洁海水滤器。

3)环境温度太高，降低环境温度，增加换气量。

4)压缩机负荷超载，外部用气量太大，压缩机长期工作。

5)润滑油太少，适当补充润滑油。

7．主电机超载1)压缩机长时间打气，外部用气量太大，电机负荷超载。

2)电机热元件有故障，校正热元件保护值。

3)电机接线松动，检查电机接线。

8．空气系统中有水1)后冷器芯子漏水，检查后冷器芯子。

2)输水器不工作或堵塞，检查清洁输水器。

9．传感器报警目前平台使用的空气压缩机自动化控制完全依靠于各种传感器，传感器使用时间久以后，接线容易发生松动或损坏，当出现传感器报警以后，不要盲目更换传感器，首先确认传感器接线有无松动，数据线有无磨损或损坏，在检查无误的情况下再更换传感器。

10．故障处理常识1)要想准确判断故障点，首先要了解螺杆压风机的工作原理，工作流程和控制程序。

2)了解螺杆压缩机的结构，在没有拆卸的机会时，可以通过零件手册了解内部结构。

3)了解压缩机每个部件的作用，掌握相互联系、相互制约的程序和部件。

4.2 活塞式空压机的工作原理。

4.2.1. 理论工作循环：活塞式压缩机的结构和工作原理与往复泵颇为相似，但也有某些差别。

首先了解单级活塞式压缩机的理想工作循环。

假定：（1）气缸没有余隙容积，即活塞到达上死点时气体完全被排出气缸；（2）吸、排气过程没有压力损失和压力脉动；（3）工作过程没有气体泄漏；（4）气体与缸壁无热量交换。

如图 4.5-1压缩机理论工作循环，气缸内压力P为纵坐标，气缸内容积V横坐标。

当活塞从上死点（活塞离开曲轴中心线的最大距离）向下死点（活塞离开曲轴中心线的最近距离）移动时，压缩机处于吸气过程，吸气阀K1打开，排气阀K2关闭，根据假设气缸内压力始终与吸气管中压力Ps（吸入压力）相等。

最大吸气容积（进气为标准大气压，即是每循环的理论排量）就是气缸工作容积Vp-—活塞在一个行程中所扫过的容积。

在P-V图中吸气过程如图4.5-1所示。

当活塞从下死点回行时，吸气阀K1关闭，气体在气缸内被压缩。

当压力升高到排出管中压力Pd（排出压力）时，排气阀K 2打开，压缩过程结束，这时缸内气体体积被压缩至V2。