螺桿壓縮機(jī)油換熱器和后換熱器泄漏改進(jìn)措施

螺桿壓縮機(jī)油換熱器和后換熱器的泄漏原因分析及改進(jìn)措施

張　平

(湖北登峰換熱器有限公司,湖北大冶435100)

    摘要：介紹了螺桿壓縮機(jī)油換熱器和后換熱器產(chǎn)生泄漏的原因分析和改進(jìn)措施,采用高效的管片式結(jié) 構(gòu)制造的換熱器才能徹底解決振動(dòng)問題,高效、高可靠性的管片式換熱器是壓縮機(jī)換熱器發(fā)展的方向。
    關(guān)鍵詞：壓縮機(jī);換熱器;管片式換熱器
    中圖分類號(hào)：TH455　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　
    2005年6月,收到某壓縮機(jī)有限公司從最終壓 縮機(jī)用戶退回的油、后換熱器共4臺(tái)產(chǎn)品,該批產(chǎn)品 出廠使用僅3~6個(gè)月,用戶反映上列油、后換熱器 全部泄漏,尤其后換熱器泄漏特嚴(yán)重。
    1　拆檢情況
    2005年7月,對(duì)換熱器進(jìn)行拆檢分析。將上列 4臺(tái)換熱器編號(hào)為1#~4#,先拆開兩端的進(jìn)出水蓋 和回程水蓋,對(duì)換熱器殼側(cè)作氣壓試驗(yàn)檢查,浸入水 中找出泄漏的換熱管并對(duì)其標(biāo)識(shí),對(duì)個(gè)別泄漏換熱 器進(jìn)一步拆檢,取出部分泄漏的換熱管,并將換熱管 的泄漏部位用線切割法剖開觀察。
    殼側(cè)經(jīng)2·0MPa的氣壓檢查。芯組下區(qū)的右上 部發(fā)現(xiàn)不同程度的換熱管泄漏,詳見泄漏管子排列 圖(圖1)。將泄漏的換熱管取出后,換熱管在中間 隔板支承處斷裂,斷口不規(guī)則,斷口邊的換熱管已磨 損成凹陷(圖2),其余外表面光潔完好。其中3號(hào) 后換熱器使用6個(gè)月,拆開兩端水蓋,用戶已堵管 11支。此臺(tái)換熱器堵管較多,將全部管束取出,換 熱管在中間隔板支承處有斷裂和磨損。穿孔部位用 線切割法剖開觀察,管內(nèi)壁嚴(yán)重腐蝕,附著綠色粉 末,有多處局部凹陷點(diǎn)腐蝕穿孔,直徑約0·6~0·8 mm(圖3)。

                     
    2　泄漏原因分析
    四型換熱器換熱管材質(zhì)選用鐵白銅,材料牌號(hào)BFe10-1-1,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB8890-1998。鐵白銅管的耐蝕性能較黃銅管和紫銅管好,并且大多數(shù)換熱 器制造廠家使用黃銅管和紫銅管作為換熱管,所以 換熱管選材沒有問題。另外對(duì)用戶的換熱水質(zhì)進(jìn)行 取樣分析,水質(zhì)基本符合工業(yè)用水的要求。管內(nèi)壁 出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕,附著綠色粉末,有局部凹陷點(diǎn)腐蝕穿 孔,不是管材和水質(zhì)造成的。
拆檢情況見表1。

             
    2·1　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析
    油、后換熱器均為管殼式結(jié)構(gòu),芯組內(nèi)均設(shè)置分 程隔板,殼體用?219無縫鋼管制作,隔板材料為δ2 mm的Q235A鋼板。
    后換熱器殼體內(nèi)隔板布置和分區(qū)情況:殼側(cè)空 氣進(jìn)出口邊緣各有一塊隔板,弓形缺口朝下,殼體中 間有一塊隔板,弓形缺口朝上。依據(jù)隔板支承傳熱 管數(shù),芯組可分為3區(qū):上區(qū)是每支傳熱管有空氣進(jìn) 出口邊緣的兩塊隔板支承,計(jì)有7排共86支傳熱 管,隔板支承間距依次為隔板間距300 mm、596 mm、300 mm;中區(qū)每支傳熱管有3塊隔板支承,計(jì)4 排64支傳熱管,支承間距為300 mm;下區(qū)每支傳熱 管只有中間一塊隔板支承,計(jì)7排86支傳熱管,兩 端管板至中隔板的間距為596 mm。
    油換熱器殼體內(nèi)隔板布置和分區(qū)情況:殼側(cè)油 進(jìn)出口邊緣各有一塊隔板,弓形缺口朝下,殼體中間 均布15塊隔板,弓形缺口間隔朝上、朝下布置,隔板 間距120 mm。
    隔板拆檢情況:對(duì)3#后換熱器的3塊隔板進(jìn)行 檢查,空氣進(jìn)、出口端的兩塊隔板管孔均磨損正常, 中間隔板的中區(qū)部位管孔、磨損情況同上,但下區(qū)的 管孔已嚴(yán)重磨損和變形,管孔已擴(kuò)大0·4~0·5 mm。 對(duì)4#油換熱器的隔板進(jìn)行檢查,所有隔板管孔均磨 損正常。
    2·2　介質(zhì)流速大
    此型后冷器殼側(cè)空氣流量大,其質(zhì)量流速為 102 kg/m2. s,巨大的氣流橫向掠過換熱管,產(chǎn)生激 振,使換熱管外壁與隔板劇烈碰撞,形成機(jī)械碰傷和 疲勞損傷。因?yàn)楹罄淦鞲舭彘g距大,最大處跨度達(dá)596 mm(因氣側(cè)阻力損失指標(biāo)約束,不允許增加隔 板,縮短間距),加劇了管子與隔板的劇烈碰撞,形 成機(jī)械碰傷和疲勞損傷。另一廠家壓縮機(jī)后冷器, 其傳熱管的規(guī)格、牌號(hào)與上列壓縮機(jī)的后冷器相同, 但它的隔板間距只有230 mm,空氣質(zhì)量流速只有 70 kg/m2. s,雖然其隔板厚度只有1 mm,因其隔板 跨距較小、芯組剛性較好;同時(shí)其空氣質(zhì)量流速較 小,氣流引起的激振較低,所以壓縮機(jī)的后冷器可靠 性能好,能安全連續(xù)運(yùn)行。
從上面分析可知,因換熱器結(jié)構(gòu)原因,換熱管外 壁與隔板的劇烈振動(dòng)是造成換熱管破壞的主要原 因。
    3　整改措施
    3·1　在原型的基礎(chǔ)上再增加4塊支撐板,隔板厚度 改為4 mm
    2005年7月,通過對(duì)泄漏的后換熱器拆檢分 析,發(fā)現(xiàn)傳熱管斷裂全部集中在下區(qū)(中間只有1 塊隔板支撐),為此,增加4塊支撐板,以增加下區(qū) 一部分傳熱管支承點(diǎn),減少由于空氣進(jìn)出過程中對(duì) 換熱管造成的振動(dòng),增強(qiáng)了芯組的剛性,減少了單根 換熱管個(gè)體振動(dòng)的頻率及振幅,從而提高了產(chǎn)品防 振動(dòng)性能。執(zhí)行此方案改進(jìn)的產(chǎn)品經(jīng)2年使用效果 較好。
    3·2　調(diào)整端部加強(qiáng)板的安裝角度
    將端部的加強(qiáng)板轉(zhuǎn)動(dòng)45°,增加芯組下區(qū)部分 區(qū)域管子的支撐點(diǎn)(單支撐點(diǎn)變?yōu)?支撐點(diǎn),將原 泄漏部位的傳熱管全部覆蓋),加強(qiáng)了部分損壞“重 災(zāi)區(qū)”的可靠性能(此方案去年七月份在某壓縮機(jī) 后冷器上已采用,對(duì)傳熱性能無影響);同時(shí)將原套 管結(jié)構(gòu)改為拉桿套管結(jié)構(gòu),增加隔板組剛性,減小隔 板的振動(dòng)。
    3·3　采用高效的管片式結(jié)構(gòu)
    管殼式換熱器因換熱管與支撐板之間有不可克 服的間隙存在,增加支撐板后,可以減少由于空氣或 油進(jìn)出過程中對(duì)換熱管造成的振動(dòng),從而提高產(chǎn)品 防振動(dòng)性能,但此方案不能從根本上解決振動(dòng)問題, 泄漏的隱患隨時(shí)存在。使用管片式的換熱器,該結(jié) 構(gòu)傳熱管與散熱片緊密連接,抗振性能好,只有采用 這種結(jié)構(gòu)的換熱器才可徹底避免以上振動(dòng)問題的質(zhì) 量隱患。國(guó)外壓縮機(jī)中大量采用這種管片式結(jié)構(gòu) (圖4)。
    為了有效地解決壓縮機(jī)油、后換熱器質(zhì)量問題,對(duì)上面的4型換熱器,從2005年12月開始采用管 片式結(jié)構(gòu)制造,經(jīng)實(shí)際使用技術(shù)性能指標(biāo)均可達(dá)到 原要求。管片式結(jié)構(gòu)的芯組整體剛性強(qiáng)、抗振性能 好,經(jīng)2年使用無泄漏情況發(fā)生。

                        
    4　結(jié)語(yǔ)
    螺桿壓縮機(jī)在各行各業(yè)的應(yīng)用廣泛,提高換熱 器的使用壽命,不僅要從換熱水質(zhì)和材料選用上考 慮,還要從產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)和換熱元件上考慮。從國(guó) 內(nèi)、外壓縮機(jī)使用情況看,采用高效的管片式結(jié)構(gòu)制 造的換熱器是最可靠和最經(jīng)濟(jì)的,是壓縮機(jī)換熱器 發(fā)展的方向。
    作者簡(jiǎn)介:張平(1968-),男,高級(jí)工程師,研究方向:換熱器和壓力 容器產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造。