空气压缩机的中间冷却器故障分析及改造设计.pdf

w.kululu.com工/工装/目/谁断/组修/造 PLUTION空气压缩机的中间冷却器故障分析及改造设计曹进(重庆长寿捷圆化工有限公司,重庆401220)摘要:活塞式空压机在由清水冷却改为循环水冷却后,其、三进气温度和二级排气温度都变高,且二级冷却器结碳严重。对气温过高和结碳严重的现象进行了理论上的分析,并根据设备实际情况的检査分析,确定问题是由于一级中间冷却器设计不合理造成的。对中间冷却器的铜管和散热片进行了改造设计,改造后的中间冷却器的冷却效果能够满足性能要求。关键词:活塞式空压机;冷却器;结碳中图分类号:TQ05文献标识码;A文章编号:1002-2333(2012)06-0173-03(1)气温过高。空压机二级吸气温度高达50-55空气压缩机是一种将原动机的机械能转换成气体压二级排气温度达185,而三级进气温度同样达s力能的装置,是压缩空气的气压发生装置。活塞式压缩机(2)结碳严重。特别是二级冷却器结碳严重,这些积由电动机带动曲轴旋转,再经连杆带动活塞产生往复运碳会继续氧化反应,产生大量的热量,极易自燃。这存在动,使气阀、活塞、气缸所组成的活塞腔容积发生变化,达严重的安全隐患(燃爆)2。到压缩空气的目的。在空气压缩机的工作过程中,不仅会(3)排温高和结碳会造成一级、二级、三级油水分离导致气体増压,而且会使气体温度急剧上升。为了达到气器的分离效果差和排油水阀堵塞。体增压而不増温的目的,同时为了预防结碳,保证空压机3现状分析能够长期正常稳定地工作,需要依靠中间冷却器对每级根据当前空压机的实际工作情况,可以对采用循环压缩气缸排出的气体进行冷却降温。因而,中间冷却器设水后所产生的问题进行理论上和设备结构方面的综合分计的合理与否,对于整个空压机系统而言非常重要。析,以判断出问题所在。2设备情况3./气温过高的理论原因分析重庆长寿捷圆化工有限公司目前的制氧设备的供气由空压机的工作原理可知,气体通过增压缸进行增系统是5L-1650型有油润滑活塞式空气压缩机,由沈阳压,与此同时,气体的温度也会上升。被增压增温的气体气体压缩机厂生产制造,其制氧能力为150m沿。该型号空通过中间冷却器进行冷却,而冷却的原理是气体与冷却气压缩机为L型三级水冷式,一级排气压力0.26-器水管中的水进行热交换。清水温度18,循环水温度0.29MPa,二级排气压力1.311.42MPa,三级排气压力3.422。启用循环水后,冷却水温度的变化对换热带来一定4.91MPa,各级进气温度40,各级排气温度180。的影响,但该循环水温度仍然在工艺指标的范围内。当通在以往的中间冷却过程中,采用的是清水冷却方式,过中间冷却器后的气体温度仍然过高时,其唯一原因为但该方式耗水量过大、水资源得不到循环利用。从生产成气体与水之间的热交换能力较差,即水管中的水不能带本和环保的角度出发,公司决定采用循环水的方式对空走足够的气体热量,热交换效率低下。压机进行冷却。然而,该空压机的冷却水由清水改为循环32结碳严重的理论原因分析水后,在运行过程中有一些指标达不到工艺操作要求:为了保证气缸能够长期正常工作,需要通过中压注油器向气缸内部注入润滑油,使得气缸能够在最小摩擦力的条件下进行工作。一般而言,影响润滑油生成结碳的因素主要包括以下四个:气温、气压、催化剂以及润滑油的性能。经过与之前采用清水冷却方式进行对比可知,除了气温以外,其它三个因素的特征基本没有发生任何改变。因而判定气温过高是导致结碳的唯一因素。在常温下,润滑油在较长时间内都不会发生任何质变。而当空压机气缸内的温度长期上升至150以上时每上升10,油的吸氧速度会提高15倍,氧化速度提高2.3倍,因此润滑油极易与氧气发生氧化反应,生成酸、沥图15L-1650型有油润滑活塞式空气压缩机清及其它化合物。该类氧化化合物在与空气中的机械杂机械工程师2012年第6期1173w.kululu.com解決盲亲9 OLUTION工/工素/目/断/组修/改质、压缩机内金属磨粒混在一起,沉积在机体表面上进一作经验,将中间冷却器的总体尺不变,而将铜管内径由步加热,就产生了结碳。10mm增加到d2mm。3.3设备实际情况的检查分析(2)换热器挡板的胀破是因为原换热器的流道密集导致结碳严重是由于排气温度过高,而排气温度过狭小,压缩机运行过程中产生的积碳堵塞流道,压力降过高则是由于压缩机的进气温度过高造成的,而压缩机的大造成的。因此将铜管的数量减少,并采用正三角形又排进气温度过高则是由于中间冷却器的冷却能力达不到要排列以加大流通截面积,降低气体流速。求所致。因而,需要对各级中间冷却器进行测试、检测。经(3)将翅片形式由平直翅片改造为圆管-圆形翅片。测试分析发现上述同题是由于一级中间冷却器冷却效果平直翅片换热器的传热特性和流体流动特性与流体在长不好而造成。该中间冷却器由一组共2个平直翅片换热的圆形管道的传热流动特性相似,翅片的作用是扩大传器组成,材质是铜管加平直翅片,管内是冷却水,管外是热面,而对于促进气流湍动的作用很小。由流体的流动特空气,是原厂配品。而当更换全新的原厂空气冷却器芯子性可知,气流处于紊乱状态时,其与外界热交换能力最后,依然造成二级吸气温度高达50,二级排气温度强。而将平直翅片改为圆形翅片以后,可使气流的流向不175,其余的工艺指标刚刚达标。在使用半年以后,冷却断改变以促进湍流的形成,产生强烈的扰流,破坏气流的效果又不理想了。把中间冷却器拆卸下来进行清洗,发边界层,导致掠过翅片管束的气流紊流程度加刷,从而提现:(1)中间冷却器进气端被积碳堵塞,气流通道明显减高翅片管外空气膜传热系数,使换热效率提高。小,气体流速加快,造成压缩后的空气与冷却水的热交换改造前、后的散热器中间冷却器的进气端结构,分别时间短,效率低。(2)由于气流通道堵塞,压缩后的空气将如图3和图4所示换热器的挡板胀破,一部分气流没有经过冷却就直接到二级进气了。(3)部分铜管内部结满了水垢,导致了循环冷却水的流动性变差,冷却水流量不足。这些原因共同造成二级进、排气温度高4改造方法中间冷却器的工作原理图如图2所示。从进气口进入中间冷却器的压缩空气通过散热器进行热交换,并经过足够的热交换后从排气口排出到下一级气缸进行压缩。根据设备实际情况的检查分析可知,中间冷却器的换热器设计不合理导致了气温过高和结碳严重的现象。因而,本次改造设计的重点是在不改变翅片换热器芯子的图3改造前的中间冷却器进气端外形尺寸、安装尺寸的前提下,只改造换热器的铜管及换热器翅片的结构尺寸,以提高换热效率,达到设计要求A-A接一级气缸排气口图4改造后的中间冷却器进气端接二级气缸进气口改造后的中间冷却器经1年的使用以后,现该机器图2中间冷却器的所有工艺指标都达标。其中,一级排气的气压、气温分外売2冷却本管3油水分离器4排本5全同别为:026MP2、159,经冷却后二级进气气温为34,排6.冷却水进口7.