高效复合式空冷故障及处理

高效复合式空冷故障及处理

吕同帅

宁波中金石化有限公司 浙江省宁波市 315204

摘要：高效复合式空冷器在占地、投资、能耗、公用工程消耗等方面均优于常规空冷器。随着工业化的发展和节能减排的深入，高效复合式空冷器在石化装置中得到了广泛应用。

关键词：高效复合式空冷；故障；处理

节能是应对能源资源约束及环境气候变化的必然选择，也是转变经济发展方式、实现可持续发展的重要举措。石化行业是耗能大户，技术进步是实现节能减排的最重要措施。高效复合式空冷器是对传统水塔冷却器及普通空冷器的技术提升及进步，其使用是石化行业节能环保的重要措施。

一、高效复合型空冷器性能优势

高效复合型空冷器冷却能力大于湿式空冷器与水冷器，新鲜空气经高效复合型空冷器蒸发段盘管，带走水蒸气与热量形成湿热空气。湿热空气进入空冷段管束加热，相对湿度降低后排放至大气中可消除白雾，而且湿热空气对工艺介质冷却效果等同于湿式空冷器。高效复合型空冷器蒸发段盘管表面形成水膜，冷却能力高于水冷器。

二、高效复合型空冷器工作原理

高效复合型空冷器是将潜热、显热、换热融于一体，对蒸发式冷却器及湿式空冷进行优化组合的一种新型冷却设备。由预冷换热部件、蒸发换热部件、水循环系统、引风系统组成，设备模块化制造，不仅方便运输和安装，而且便于清洗和在线维护。它在传统冷却方式上进行了两方面改进：一方面实现了水的重复利用，降低了水泵能耗；另一方面用水的潜热带走工艺介质热量，大幅提高换热效率。其显著特点是工艺介质在进入湿式空冷器前先进入预冷器预冷，预冷器盘管表面分布有螺旋状翅片以增加预冷效果，同时预冷器所用空气由底部水箱侧面进入，与水充分接触后变得低温潮湿，进一步增加预冷器预冷效果。

高温介质先从顶部侧面进入复合空冷预冷器，利用从蒸发换热器产生的潮湿空气对预冷器内部高温介质进行冷却，使高温介质得到第一次冷却降温；预冷后介质再由预冷器进入蒸发换热器，底部水箱中的除盐水经由水泵送至蒸发器换热管上方的喷淋装置中，最后由喷嘴将除盐水均匀洒在换热管表面，在换热管表面形成连续而均匀的水膜，对工艺介质进行第二次冷却。高效复合空冷器顶部的轴流风机将空气从设备底部空气从侧面百叶窗吸入，自下而上掠过蒸发器管束表面、阻水层和预冷器翅片管，经蒸发器管束表面时能将喷淋水充分打散，同时形成负压，增加管束表面水膜汽化速度，强化冷却效果；经过阻水层，饱和的湿空气中所含有的水滴被阻挡和收集进行重复利用；而饱和的湿空气在轴流风机超强风力作用下从设备上部流出，而流出前再和预冷器进行换热时也由于空气的潮湿而进一步加强预冷效果。

高效复合空冷整体由多个模块组成，模块间能相互替换，模块化结构设计使设备制造、运行、维护和检修大幅简便。

三、高效复合型空冷器结构特点

1、用蒸发式加空冷式优化组合的冷却方式，风机余能及饱和湿空气的二次利用使冷却效率大幅提高，同时能量损耗降到最低。高效复合型空冷器冷却效果相当于湿式空冷器与水冷的组合，从蒸发盘管进入到空冷翅片的饱和湿空气对工艺介质的冷却效果堪比湿式空冷器，表面覆盖喷淋水的蒸发盘管冷却效果优于水冷器。

2、设备整体由多个模块组合而成，模块间可相互替换，模块化结构设计使设备制造、运维、检修都大幅简便。根据现场实际需求，模块可自由组合；检修中，可按比例减少工作负荷，相应停止部分模块的工作，进行在线不停机检修；如有个别管束出现泄漏，可进行模块切断，对整体设备工作情况影响小，并可实现模块替换。

3、盘管束进行柔性化设计，有效消除设备制造及运行中的热应力，盘管可采用多种异型高效换热管，如波节管、波纹管、螺纹管，增加管内流体的雷诺数，提高换热系数。冷凝盘管整体进行475℃热浸锌防腐处理，锌层厚度达100微米，同时减少结垢现象，能保证盘管正常使用十年以上。

四、高效复合式空冷运行中的故障

1、风机风翅断裂原因和处理方法

1)风机风翅断裂情况。①从断裂面来看，风翅柄固定螺栓处，脆性断裂。②从未断裂风翅看，风翅表面有高温气流冲刷形成的划痕。

2)材料分析。①风翅材料为LD31。LD31属于低合金化Al-Mg-Si系高塑性铝合金，现场检测材料符合LD31规范。②风翅手柄材质为45#钢。现场检测材料符合45#钢规范。③轮毂材料为ZG230-450。对应为25#钢，现场检测材料符合25#钢规范。

3)处理方法。①增加风翅负荷强度。风翅长度由原940mm改为900mm；风翅宽度由260mm改为300mm；风翅角度由10改为14。②增加手柄强度。手柄直径由44mm改为52mm。③增加轮毂强度。轮毂直径由310mm改为395mm。④风翅堵头更改材料。由尼龙堵头铆接固定改为铝合金堵头焊接固定。

2、风机电机高温故障。高效复合式空冷多次出现电机故障跳停，轴承损坏，电机扫膛等故障。电机参数：YBPT3 180M-8 WFITH。

1)风机电机高温故障经过。①故障1。空冷电机故障跳闸，综保报堵转故障。摇测电机三相对地绝缘为1000MΩ，电机三相直流电阻为0.8Ω，电机电源电缆老化严重。②故障2。空冷电机故障跳闸，综保报接地电流故障。拆开电机检查发现其前轴抱死，轴承损坏，轴上有过热灼烧的痕迹，摇测电机W相对地绝缘为零，U/V相绝缘为1000MΩ。③故障3。接地故障跳闸，电机定子引出线烧坏。

2)故障分析及处理。①电机电源电缆老化。长期在高温环境中运行，电缆升级为抗高温电缆。②电机前轴轴承损坏过热，烧坏定子绝缘。拆开电机发现，前轴处出现润滑脂液化滴落现象，空冷电机长时间在120℃高温环境中运行，电机轴承润滑脂为锂基脂，在高温状态下滴落流失，润滑效果变差，轴承摩擦生热，联锁反应，损坏电机轴承及绝缘，使电机故障跳闸。更换耐高温润滑脂。③电机拆检发现。电机高温导致电机绝缘老化损坏，电机轴承未见损坏。此电机绝缘等级为F级，极限耐温155℃，电机现场运行温度110℃，其中环境温度80℃，电机温升30℃。因此，采取提高电机绝缘等级为H级方法；更换定子绕组，漆包线型号：QZY-2/180，极限耐温等级180℃，绝缘纸PET材质耐温-40～180℃，更换500℃高温云母编织防火耐高温引线，更换绝缘子。

五、高效复合型空冷器使用及注意事项

1、设备使用前准备。设备初次使用时，应清理干净设备内部及进风处杂物，并清洗水箱，添加水箱4/5的水量，过低水位可能导致水泵产生汽蚀，进而影响分水装置喷水量不足，影响换热效率。检查浮球阀开停位置是否正常，手动转动风机是否正常，检查分水装置喷淋头是否正常。电机轴承加润滑脂，水泵启动前先盘车，启动后检查方向是否正确，若反向则调整后再运行。

2、设备投用。设备运行应先投用风机，再投用水泵原则开启设备，风机和水泵开启间隔不超过1min，待风机与水泵运行正常后，再将设备并入系统投用。

3、设备停用。设备停运时应先停运水泵，再停运风机原则停用设备，其间隔时间不超过2min。

4、紧急停车。当装置或设备本身出现紧急情况时，可通过控制回路的急停开关来切断设备电源。当设备故障排除后，再根据设备投用步骤开车。

5、投用时应注意问题。水泵出口调节阀全开并不代表水泵效率达到最高，水泵出口调节阀不仅有着调节水泵出口流量作用，还有调节出口压力作用。当出口调节阀开度过大，会导致水泵超流量运行，使电机电流过大而发热，影响电机长期稳定运行。一般情况下出口调节阀阀位开度在2/3左右，也可根据实际情况优化。

由于废气、灰尘等会对复合式空冷设备产生较大危害，因这些废气和杂质等会进入设备循环水中溶解、沉淀，形成对设备有害的腐蚀性溶液并结垢。为减少腐蚀和结垢，应使用软化水、纯净水和除盐水等清洁水质，并控制水循环使用周期，定期更换新水并清洗水箱，定期排污等方式来保证水箱水质；也可根据不同地区水质情况选装电子除垢仪。这样可保证水质良好，进而保证设备换热效率，延长设备使用寿命。

参考文献：

[1]田国华.复合型高效考虑器在石化领域的应用[J].工业技术创新，2014(05):600-603.