张敏

（博迈科海洋工程股份有限公司，天津 300457）

本项目为FPSO的某一个MV电气模块，此模块采用的是集中式空气处理单元+风冷式冷凝单元的中央空调系统。根据业主要求，该空调系统中使用了2台风冷冷凝单元，1用1备。每台风冷冷凝单元采用了2台某品牌的8缸半封闭活塞式制冷压缩机，压缩机是制冷系统的动力和核心，它完成制冷剂气体从低压向高压不断输送的过程；高温高压的制冷剂气体经过风冷式冷凝器，变成常温高压的制冷剂液体；再经过电磁膨胀阀进行节流，转变为低温低压的制冷剂液体，随后在空气处理单元的蒸发器中完成与空气的换热，带走空气的热量，从而实现制冷循环。在气候恶劣的巴西，曾发生过一次4台压缩机全部缸体损毁的事故，为保证电气模块正常运行，厂家对4台压缩机进行过一次整体更换。经过上次压缩机事故的整体换新后，空调系统又恢复了正常运行，但是就在距离上次事故3个月后，部分压缩机再一次同时发生故障。本文即是对此次故障的原因分析和解决办法。

1 事故情况描述

该电气模块在新加坡某船厂完成了与FPSO的组装工作，FPSO整体调试完成后，离开新加坡前往巴西，在巴西某船厂进行最后的休整。在休整期间，客户反馈电气模块的中央空调系统一直出现高温报警，智能控制系统自动停止出现故障的机组，并切换至备用机组运行。为尽快让电气模块恢复正常运转，维修人员调整了空调控制盘的部分控制逻辑，并对4台压缩机进行了整体换新。换新工作完成后，维修人员再次对整个空调系统进行了调试。电气模块恢复正常运行，FPSO顺利离港作业。3个月后，使用方再次反馈电气模块的中央空调系统出现高温报警同时伴有低油压报警，整个中央空调系统再次故障停机。为彻底解决该问题，维修人员将4台压缩机拆卸下来进行检查，发现压缩机一些气缸的安全阀假盖都已打开或者损毁。维修人员还从压缩机本体的视液镜中，发现压缩机的润滑油都已流失。由此，维修人员断定，在中央空调运行过程中，制冷剂液体和压缩机润滑油被带入到了压缩机气缸中无法及时排出，当气缸中的活塞运动接近上止点时，液体因被压缩而产生了瞬间高液压，造成了液击。

2 原因分析

液击是活塞式压缩机比较常见的故障。发生液击，表明系统或设备维护中一定存在问题，需要加以纠正。不从根源上防止液击，而简单地将故障压缩机维修或更换一台新压缩机，只能使液击再次发生。引起压缩机液击的原因有如下几种。

（1）回液。回液是指压缩机运行时蒸发器中的液态制冷剂或者润滑油通过吸气管路回到压缩机的现象或过程。当制冷系统中的制冷剂无法在蒸发器中与室内空气形成充分换热并蒸发成高温气体时，将保持液体状态随系统回流至压缩机气缸中。如蒸发器表面结霜严重时，蒸发器表面传热效率降低，导致制冷剂无法与空气充分换热，制冷剂蒸发不充分，未蒸发的液体就会引起回液。

（2）压缩机带液启动。由于曲轴箱内的润滑油溶解了大量的制冷剂，当压缩机启动时，曲轴箱内的压力会突然降低，这些液态制冷剂开始急剧沸腾，导致润滑油出现起泡现象。一旦泡沫通过压缩机进气道吸入气缸，泡沫就会形成液体，很容易引起液击。显然带液启动引起的液击只发生在压缩机启动过程。引起带液启动的制冷剂是以“制冷剂迁移”的方式进入曲轴箱的。制冷剂迁移是指压缩机停止运行时，蒸发器中的制冷剂以气体形式通过回气管路进入压缩机，由于润滑油中的制冷剂蒸汽分压低，就会吸收油面上的制冷剂蒸汽，造成曲轴箱气压低于蒸发器中的气压，蒸发器中的蒸汽就会慢慢向曲轴箱“迁移”。当曲轴箱中的润滑油温度越低时，曲轴箱中的蒸汽压力也就越低，对制冷剂蒸汽的吸收力就越大。在压缩机中安装曲轴箱加热器可以有效防止制冷剂迁移。当系统短时间停机后时，维持曲轴箱加热器通电，可以使润滑油温度略高于系统其它部位，制冷剂迁移不会发生。长时间停机不用后，开机前先保持曲轴箱加热器通电一段时间，对润滑油进行加热，可以蒸发掉润滑油中的大部分制冷剂，既可以减小带液启动时液击的可能性，也可以降低制冷剂冲刷造成的危害。

（3）冷冻润滑油充注过多。当压缩机中润滑油充注过多时，压缩机中油位就会太高。高速旋转的曲轴和连杆大头就可能频繁撞击油面，引起润滑油大量飞溅。飞溅的润滑油一旦窜入进气道，带入气缸，就可能引起液击。半封闭压缩机通常都有油视镜，以便观察油位高低。油位高于油视镜的范围时，表明压缩机内润滑油太多了。

3 根本原因确定

由于多种原因都能在压缩机汽缸内产生液击，为了确定导致液击的根本原因，维修人员对整个空调系统进行了如下检查。

（1）检查热力膨胀阀是否正常工作，过热度设定是否符合要求；热力膨胀阀不仅实现制冷剂从冷凝压力至蒸发压力的节流，同时控制制冷剂的流量；它的体积虽小，但作用大，它的工作好坏直接决定整个系统的工作质量。如果热力膨胀阀未正常工作，容易导致蒸发器中制冷剂流量过大，液态制冷剂无法在蒸发器中充分蒸发。实际检查确定热力膨胀阀工作正常，其设定值满足设计要求。

（2）检查压缩机上的油压控制器、低压控制器、高压控制器是否正常工作，设定值是否符合要求；这些仪表的主要功能是保护压缩机，如果这些仪表设定值偏高或者未正常工作，压缩机本身将处于危险的工作状态。检查结果表明压缩机上的保护仪表工作正常。

（3）检查回风管路上的温湿度传感器是否正常工作，是否需要重新标定；该温湿度传感器用于检测房间内温湿度并将房间温湿度状态反馈给空调控制盘，控制盘中的PLC将根据这些温湿度信号对压缩机进行能级调节。如果该传感器未正常工作，将导致反馈的房间温湿度信息与实际房间内工况不符。当房间内部热负荷较低时，压缩机仍保持100%的功率运转。房间热负荷无法将蒸发器中的制冷剂完全蒸发，导致蒸发器表面凝霜。实际检查确定温湿度传感器工作正常，其设定值满足设计要求。

（4）检查空调控制盘内置PLC的控制逻辑及房间温湿度设定是否符合要求；由于该中央空调控制系统具备温度和湿度控制功能，PLC的控制逻辑中需要对房间温度和湿度进行综合判断，来调节压缩机的运行功率。如果控制逻辑设置不合理，当房间温度较低，但是湿度较大的情况下，压缩机为了保证除湿效率，将继续按照100%功率运行。实际检查发现，由于巴西属于热带气候，近海区域气候潮湿，空气温度处于29～36℃，湿度处于60%～90%。设计之初，电气模块的空调系统是按照当地最恶劣的环境温度以及电气模块内部最高热负荷工况进行的计算选型。而实际使用时，由于FPSO还未完全投产，电气模块内部的部分配电系统还未完成调试，电气盘柜没有全部投入使用，实际房间热负荷不到设计热负荷的50%。而且，为方便人员调试，电气模块长期处于开启状态。操作方将空调系统的室内设定温度调节到14℃，室内设定湿度调节至50%。这种工况下，由于房间一直与外界环境连通，房间内湿度一直高于55%，压缩冷凝单元中的2台压缩机一直处于100%的功率运行。而实际房间内温度已经接近14℃，房间内的空气温度较低，无法满足蒸发器中制冷剂的蒸发需求，制冷剂蒸发不充分，蒸发器表面出现凝霜现象。

（5）核对上一次系统的调试报告，确定压缩机润滑油及制冷剂的充注情况；根据上次调试签署的报告情况，压缩机润滑油及制冷剂的充注量正常。

（6）检查制冷系统抽真空停车逻辑，未发现逻辑异常。

（7）梳理制冷系统原理图，即P&ID图纸，核查系统设计缺陷；检查发现制冷系统中未设置气液分离器，存在安全隐患。

综上所述，此类事故是由于系统实际运行工况与设计工况存在较大差异，空气处理单元的蒸发器中制冷剂液体蒸发不充分，且制冷循环中未设置气液分离器，液态制冷剂回流进压缩机，在压缩机汽缸内以液体形态被压缩形成液击，导致压缩机损毁。

4 解决方案

为解决以上问题，维修人员采取了如下措施：在压缩机吸气端加设气液分离器，用于贮存系统内未充分蒸发的液体制冷剂，防止液态制冷剂回流至压缩机中稀释气缸内的润滑油或形成液击；对PLC中的系统控制逻辑进行升级。根据现场实际测量工况，重新写入房间温湿度与压缩机能级调节的逻辑对应关系。当房间内处于低温高湿情况时，PLC通过减少压缩机运行数量并启动管道内加热器，以确保系统除湿的同时，房间温度不会持续降低。在空气处理单元的蒸发盘管上加装温度传感器，温度传感器将蒸发盘管表面温度传输至PLC，当蒸发盘管表面温度低于10℃时，PLC将停止压缩机的运转，以防止蒸发盘管表面温度过低而凝霜。在系统控制盘的PLC上增加无线传输模块，通过无线网络传输技术，将系统中各设备的运行状况传输至互联网上，维修人员可通过互联网实时监控系统状态，确保在系统出现异常时可以第一时间采取应对措施。维修人员在完成以上整改措施后，对中央空调系统进行了整体调试以及72小时连续运转，未发现系统异常。

参考文献：

[1]郭慧敏．浅析活塞式压缩机气阀故障及设计分析[J]．科技与企业 ,2013，(13):368．