【压缩机网】1、使用背景
随着社会经济的发展，喷油螺杆压缩机的需求量越来越大。由于其零部件少、可靠性高、动力平衡性好、多相混输适应性强、气体脉动小、操作维护方便、大修周期长等特点，越来越多的螺杆机取代了活塞机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、医药、纺织、造纸、卷烟、化纤、建筑、机械和冷冻等工业部门。由于国家环保的要求，各使用企业对空气品质有了更高的要求，如何给用户提供含油低、高品质压缩空气的同时降低润滑油的使用成本，成了各喷油螺杆压缩机生产厂家必须考虑的一个问题。
喷油螺杆压缩机中，由于密封、冷却和降噪的需要，在压缩气体的同时需要往转子腔里喷入大量的润滑油。这些油和吸入到主机中的气体形成了油气混合物，在经历相同的压缩过程后被排到机组的油气分离器中，大部分油通过油气分离器分离出来进入下一个循环，少量油随压缩气体被排出到机组外。油气分离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要零部件之一，为了降低机组排气中的含油量和减少循环使用机组中的润滑油，必须利用油气分离器尽可能把所有的润滑油有效地从气体中分离出来。
2、分离原理
为达到更好的分离效果，减少压缩空气带走的润滑油，喷油螺杆压缩机中油气分离一般采取粗分离和精分离多道分离。按分离机理的不同，油气分离方法分为机械法与亲和聚结法，一般采用机械法作为粗分离，采用亲和聚集法作为精分离。
常规喷油螺杆机组中一般采用旋风分离法来进行粗分离。油气分离器的进气口沿油气分离器筒体切向布置在油气分离器筒体的上部，同时减小进气口径（一般采用压扁进气管的方式）加快油气混合物进入油气分离器的速度。当油气混合物进入油气分离器后，会沿着油气分离器筒体壁高速旋转，大的油滴将会在离心力的作用下被甩到筒体壁上，然后在重力的作用下，沉积到油气分离器的底部，其中约99.7%的油会被分离出来，且此时压缩气体中的油滴直径多在1μm以下，无法再用机械法进行分离。
剩下的油滴直径基本都在1μm以下，因此需要采用亲和聚结法进行精分离，即采用精分滤芯进行分离。精分离由过滤和聚结两个过程组成，这种分离方法所采用精分滤芯，实际上是一种多孔过滤材料（大部份为超细玻璃纤维），当油气混合物进入精分滤芯之前，直径大于滤芯材料孔径的油滴，将在滤芯的表面被过滤出来，然后小直径的油滴在通过滤芯内部材料时在流道形状和大小的改变以及惯性力等的作用下聚结成为大直径油滴，并沉积到滤芯底部，此时从油气分离器排出的压缩气体含油量已经降到1～2ppm。
3、结构设计
3.1 结构型式
喷油螺杆压缩机上的油气分离器分为卧式和立式两种，常见的一般采用立式结构。油气分离器筒体上部安装油气分离器滤芯，最下部作为油箱，在油气分离器筒体和精分滤芯外侧之间安装粗分离筒，油气分离器的进气口沿油气分离器筒体切向布置在油气分离器筒体的上部，而出气口布置精分滤芯后，一般放在油气分离器上部的平盖上。
对于特定的或有特殊要求的喷油螺杆压缩机机组可采用不同的油气分离器结构型式。
3.2 滤芯选择
根据喷油螺杆压缩机的额定容积流量选择合适的油气分离器精分滤芯，精分滤芯的额容积流量应大于压缩机的额定容积流量，一般要留20%的余量，各滤芯生产厂家标定的额定容积流量一般以进气压力为大气压、排气压力为0.7MPa为设计点。
对于进气压力高于大气压或额定排气压力低于0.7MPa的机组，考虑到设计流速的变化须相应加大精分滤芯的余量。
对于压缩介质为工艺气体时，油气分离器滤芯流量及材料的选择必须考虑吸入状态和压缩介质对滤芯的影响。
为不影响油气分离器的尺寸以及获得最合理的油气分离器结构，滤芯选择时应应选取长径比在2左右的精分滤芯。
3.3 关键尺寸的确定
3.3.1 进气口直径
由于油气混合物中含有大量油滴，不同于压缩空气，故而不能完全按压缩空气在不同压力下的常规流速选择进气口直径，为保证更好的旋风粗分离效果，进气口应尽量靠近筒体的切向位置，并应避免进气流直接撞击到导流圈，同时要保证较高的流速，设计时一般选择油气分离器进气口的流速为10～15m/s。
3.3.2 粗分离筒直径和高度
选择合适的滤芯规格后，根据滤芯的外径计算粗离分筒的直径，设计时一般选择油气分离器滤芯与其外侧粗分离筒之间的截面气体流速不大于1.5m/s。
粗分离筒的底部与油气分离器滤芯的底部应留有必要的高度间隙，防止此处气体流速过高，把下落的油滴重新带到油气混合物中，设计时一般考虑粗分离筒超出滤芯底部15～20mm。
3.3.3 油分筒体直径
确定完粗分筒的直径后计算筒体直径，根据油气分离器粗分离筒和油气分离器筒体间的截面气体流速确定油气分离器筒体的内径，为保证旋风分离有足够的时间，油气混合物沉降速度不宜过快，设计时一般导流圈和油气分离器筒体间的截面气体流速不大于0.7m/s。
3.3.4 润滑油液位
润滑油液位H1一般根据以下要求来确定：
——油气分离器允许的最低液位H2，此液位应根据油气分离器吸油管口的位置确定，确保机组运行过程中油气分离器吸油管不能吸入压缩气体。设计时，油气分离器最低液位一般要求高于吸油管口80mm。
——机组在设计规定时间内运行时消耗的润滑油液位H3。设计时，润滑油耗量一般按机组在额定工况下连续满负荷运行2000小时计算。对于喷油工艺螺杆压缩机，设计时，润滑油耗量一般按机组在额定工况下连续满负荷运行4000～8000小时计算。
——在机组运行过程中压缩机主机、油冷却器和油管路系统中可能填充的润滑油对应的液位H4。设计时，一般根据压缩机主机、油冷却器及油管路中的容积大小来确定。
3.3.5 加油口高度
油气分离器加油口高度一般根据油气分离器润滑油液位确定，原则上要求一次性加油即能保证机组的正常运行，因此油气分离器加油口高度位置即为油气分离器润滑油液位H1的高度位置。
3.3.6 视液镜高度
在机组运行时，油气分离器中的润滑油液位应处于合理的范围内，液位过低会影响机组的润滑和冷却效果，还会降低润滑油的使用寿命。液位过高则会影响油气分离器的分离效果，增加机组油耗和压缩气体中的含油量。在设计时，一般把油气分离器允许的最低液位H2定为视油镜的下限液位（机组正常运行的下限液位），加上设计规定时间内运行时的润滑油耗量后的液位H3定为视油镜的上限液位（机组正常运行的上限液位）。机组正常运行时，油气分离器中的液位应处于视油镜的上、下限液位之间，一旦低于视液镜下限液位时必须立即停机并添加润滑油。
3.3.7 总高度
在确定了油气分离器滤芯、导流圈尺寸及润滑油液位后，确定油气分离器总高度H时还需考虑润滑油液位H1和滤芯底部的距离，此距离太近压缩气体会带走部分润滑油，影响油气分离器的分离效果，增加机组油耗和压缩气体中的含油量。设计时，油气分离器润滑油液位和滤芯底部之间的距离一般取200～250mm左右。
3.3.8 供气口直径
供气口一般设计在油气分离器平盖的圆心处，集合最小压力阀的设计或选型，供气口的流速一般按10m/s左右来设计。
3.3.9 吸油管直径
油气分离器底部的吸油管直径应根据压缩机主机的喷油量和润滑油的流速来选取。设计时，润滑油的流速一般按3～5 m/s选取。
3.3.10 其它尺寸
设计油气分离器时，油气分离器上还应根据需要预留一定尺寸的控制气接口、安全阀接口、放油排污口、压力测点、温度测点、回油口等接口。
3.4 密封
油气分离器主要考虑的是滤芯处的密封，即滤芯与筒体和平盖之间的密封。由于滤芯的材质主要为玻璃纤维，压缩气体在高速流过滤芯的时候由于摩擦会产生大量静电，油气分离器里面大量高温高压的油雾再加上压缩气体含有高浓度的氧气，在一定的条件下可能会产生燃烧或爆炸，因此必须将静电导出去。因此油气分离器此处的密封并不能简单的采用O型圈等软密封，传统的做法是采用石棉板上钉图书钉或穿细金属丝的方法保证静电可以由滤芯通过筒体导出，由于该装置的低成本和简易性，绝大数厂家都采用这种密封形式，但实际使用情况来看并不能完全避免油气分离器内部起火事故的发生。
因此该处的密封最可靠的方式是采用软的金属垫进行密封，一般在滤芯法兰边上下各垫一个铝垫或铜垫。
3.5 设计压力
油气分离器作为受压元件，其设计应符合GB 150的相关规定，并还应遵守国家颁布的有关法令、法规和规章。
如无特别规定，油气分离器的设计压力等级可按常规喷油螺杆压缩机机组额定排气压力分为1.0、1.6和2.5MPa三类，油气分离器的最高工作压力为安全阀的起跳压力，对于有特殊要求的喷油螺杆压缩机机组，其油气分离器的设计压力等级和最高工作压力可根据用户合同的设计输入参数确定。
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【压缩机网】1、使用背景
随着社会经济的发展，喷油螺杆压缩机的需求量越来越大。由于其零部件少、可靠性高、动力平衡性好、多相混输适应性强、气体脉动小、操作维护方便、大修周期长等特点，越来越多的螺杆机取代了活塞机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、医药、纺织、造纸、卷烟、化纤、建筑、机械和冷冻等工业部门。由于国家环保的要求，各使用企业对空气品质有了更高的要求，如何给用户提供含油低、高品质压缩空气的同时降低润滑油的使用成本，成了各喷油螺杆压缩机生产厂家必须考虑的一个问题。
喷油螺杆压缩机中，由于密封、冷却和降噪的需要，在压缩气体的同时需要往转子腔里喷入大量的润滑油。这些油和吸入到主机中的气体形成了油气混合物，在经历相同的压缩过程后被排到机组的油气分离器中，大部分油通过油气分离器分离出来进入下一个循环，少量油随压缩气体被排出到机组外。油气分离器是喷油螺杆压缩机机组系统中的主要零部件之一，为了降低机组排气中的含油量和减少循环使用机组中的润滑油，必须利用油气分离器尽可能把所有的润滑油有效地从气体中分离出来。
2、分离原理
为达到更好的分离效果，减少压缩空气带走的润滑油，喷油螺杆压缩机中油气分离一般采取粗分离和精分离多道分离。按分离机理的不同，油气分离方法分为机械法与亲和聚结法，一般采用机械法作为粗分离，采用亲和聚集法作为精分离。
常规喷油螺杆机组中一般采用旋风分离法来进行粗分离。油气分离器的进气口沿油气分离器筒体切向布置在油气分离器筒体的上部，同时减小进气口径（一般采用压扁进气管的方式）加快油气混合物进入油气分离器的速度。当油气混合物进入油气分离器后，会沿着油气分离器筒体壁高速旋转，大的油滴将会在离心力的作用下被甩到筒体壁上，然后在重力的作用下，沉积到油气分离器的底部，其中约99.7%的油会被分离出来，且此时压缩气体中的油滴直径多在1μm以下，无法再用机械法进行分离。
剩下的油滴直径基本都在1μm以下，因此需要采用亲和聚结法进行精分离，即采用精分滤芯进行分离。精分离由过滤和聚结两个过程组成，这种分离方法所采用精分滤芯，实际上是一种多孔过滤材料（大部份为超细玻璃纤维），当油气混合物进入精分滤芯之前，直径大于滤芯材料孔径的油滴，将在滤芯的表面被过滤出来，然后小直径的油滴在通过滤芯内部材料时在流道形状和大小的改变以及惯性力等的作用下聚结成为大直径油滴，并沉积到滤芯底部，此时从油气分离器排出的压缩气体含油量已经降到1～2ppm。
3、结构设计
3.1 结构型式
喷油螺杆压缩机上的油气分离器分为卧式和立式两种，常见的一般采用立式结构。油气分离器筒体上部安装油气分离器滤芯，最下部作为油箱，在油气分离器筒体和精分滤芯外侧之间安装粗分离筒，油气分离器的进气口沿油气分离器筒体切向布置在油气分离器筒体的上部，而出气口布置精分滤芯后，一般放在油气分离器上部的平盖上。
对于特定的或有特殊要求的喷油螺杆压缩机机组可采用不同的油气分离器结构型式。
3.2 滤芯选择
根据喷油螺杆压缩机的额定容积流量选择合适的油气分离器精分滤芯，精分滤芯的额容积流量应大于压缩机的额定容积流量，一般要留20%的余量，各滤芯生产厂家标定的额定容积流量一般以进气压力为大气压、排气压力为0.7MPa为设计点。
对于进气压力高于大气压或额定排气压力低于0.7MPa的机组，考虑到设计流速的变化须相应加大精分滤芯的余量。
对于压缩介质为工艺气体时，油气分离器滤芯流量及材料的选择必须考虑吸入状态和压缩介质对滤芯的影响。
为不影响油气分离器的尺寸以及获得最合理的油气分离器结构，滤芯选择时应应选取长径比在2左右的精分滤芯。
3.3 关键尺寸的确定
3.3.1 进气口直径
由于油气混合物中含有大量油滴，不同于压缩空气，故而不能完全按压缩空气在不同压力下的常规流速选择进气口直径，为保证更好的旋风粗分离效果，进气口应尽量靠近筒体的切向位置，并应避免进气流直接撞击到导流圈，同时要保证较高的流速，设计时一般选择油气分离器进气口的流速为10～15m/s。
3.3.2 粗分离筒直径和高度
选择合适的滤芯规格后，根据滤芯的外径计算粗离分筒的直径，设计时一般选择油气分离器滤芯与其外侧粗分离筒之间的截面气体流速不大于1.5m/s。
粗分离筒的底部与油气分离器滤芯的底部应留有必要的高度间隙，防止此处气体流速过高，把下落的油滴重新带到油气混合物中，设计时一般考虑粗分离筒超出滤芯底部15～20mm。
3.3.3 油分筒体直径
确定完粗分筒的直径后计算筒体直径，根据油气分离器粗分离筒和油气分离器筒体间的截面气体流速确定油气分离器筒体的内径，为保证旋风分离有足够的时间，油气混合物沉降速度不宜过快，设计时一般导流圈和油气分离器筒体间的截面气体流速不大于0.7m/s。
3.3.4 润滑油液位
润滑油液位H1一般根据以下要求来确定：
——油气分离器允许的最低液位H2，此液位应根据油气分离器吸油管口的位置确定，确保机组运行过程中油气分离器吸油管不能吸入压缩气体。设计时，油气分离器最低液位一般要求高于吸油管口80mm。
——机组在设计规定时间内运行时消耗的润滑油液位H3。设计时，润滑油耗量一般按机组在额定工况下连续满负荷运行2000小时计算。对于喷油工艺螺杆压缩机，设计时，润滑油耗量一般按机组在额定工况下连续满负荷运行4000～8000小时计算。
——在机组运行过程中压缩机主机、油冷却器和油管路系统中可能填充的润滑油对应的液位H4。设计时，一般根据压缩机主机、油冷却器及油管路中的容积大小来确定。
3.3.5 加油口高度
油气分离器加油口高度一般根据油气分离器润滑油液位确定，原则上要求一次性加油即能保证机组的正常运行，因此油气分离器加油口高度位置即为油气分离器润滑油液位H1的高度位置。
3.3.6 视液镜高度
在机组运行时，油气分离器中的润滑油液位应处于合理的范围内，液位过低会影响机组的润滑和冷却效果，还会降低润滑油的使用寿命。液位过高则会影响油气分离器的分离效果，增加机组油耗和压缩气体中的含油量。在设计时，一般把油气分离器允许的最低液位H2定为视油镜的下限液位（机组正常运行的下限液位），加上设计规定时间内运行时的润滑油耗量后的液位H3定为视油镜的上限液位（机组正常运行的上限液位）。机组正常运行时，油气分离器中的液位应处于视油镜的上、下限液位之间，一旦低于视液镜下限液位时必须立即停机并添加润滑油。
3.3.7 总高度
在确定了油气分离器滤芯、导流圈尺寸及润滑油液位后，确定油气分离器总高度H时还需考虑润滑油液位H1和滤芯底部的距离，此距离太近压缩气体会带走部分润滑油，影响油气分离器的分离效果，增加机组油耗和压缩气体中的含油量。设计时，油气分离器润滑油液位和滤芯底部之间的距离一般取200～250mm左右。
3.3.8 供气口直径
供气口一般设计在油气分离器平盖的圆心处，集合最小压力阀的设计或选型，供气口的流速一般按10m/s左右来设计。
3.3.9 吸油管直径
油气分离器底部的吸油管直径应根据压缩机主机的喷油量和润滑油的流速来选取。设计时，润滑油的流速一般按3～5 m/s选取。
3.3.10 其它尺寸
设计油气分离器时，油气分离器上还应根据需要预留一定尺寸的控制气接口、安全阀接口、放油排污口、压力测点、温度测点、回油口等接口。
3.4 密封
油气分离器主要考虑的是滤芯处的密封，即滤芯与筒体和平盖之间的密封。由于滤芯的材质主要为玻璃纤维，压缩气体在高速流过滤芯的时候由于摩擦会产生大量静电，油气分离器里面大量高温高压的油雾再加上压缩气体含有高浓度的氧气，在一定的条件下可能会产生燃烧或爆炸，因此必须将静电导出去。因此油气分离器此处的密封并不能简单的采用O型圈等软密封，传统的做法是采用石棉板上钉图书钉或穿细金属丝的方法保证静电可以由滤芯通过筒体导出，由于该装置的低成本和简易性，绝大数厂家都采用这种密封形式，但实际使用情况来看并不能完全避免油气分离器内部起火事故的发生。
因此该处的密封最可靠的方式是采用软的金属垫进行密封，一般在滤芯法兰边上下各垫一个铝垫或铜垫。
3.5 设计压力
油气分离器作为受压元件，其设计应符合GB 150的相关规定，并还应遵守国家颁布的有关法令、法规和规章。
如无特别规定，油气分离器的设计压力等级可按常规喷油螺杆压缩机机组额定排气压力分为1.0、1.6和2.5MPa三类，油气分离器的最高工作压力为安全阀的起跳压力，对于有特殊要求的喷油螺杆压缩机机组，其油气分离器的设计压力等级和最高工作压力可根据用户合同的设计输入参数确定。
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