高效復(fù)合式空冷故障及處理

陳涼亮

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

0 引言

節(jié)約能源是應(yīng)對(duì)能源資源約束和環(huán)境氣候變化的必然選擇，也是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。石油化工行業(yè)作為耗能大戶(hù)，技術(shù)進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排最重要的措施。高效復(fù)合式空冷器，是傳統(tǒng)水塔式冷卻器和普通空冷器在技術(shù)上的提升和進(jìn)步，但是在其的應(yīng)用中，也出現(xiàn)一些問(wèn)題，需要從各個(gè)方面進(jìn)行解決。

1 高效復(fù)合式空冷概述

1.1 高效復(fù)合空冷器

高效復(fù)合空冷器換熱為潛熱形式，利用噴淋到換熱盤(pán)管表面的水膜蒸發(fā)吸收管內(nèi)流體熱量，使管內(nèi)流體冷凝，1 kg 水蒸發(fā)吸收2345 kJ 熱量，創(chuàng)造易蒸發(fā)的水膜，保障蒸發(fā)后的汽體容易排出。空冷器結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 高效復(fù)合式空冷的優(yōu)勢(shì)

（1）水耗小，能耗低。表面蒸發(fā)空冷器同時(shí)利用水汽化潛熱和顯熱，水的汽化潛熱約2386.5 kJ/kg，而殼管式冷凝器中冷卻水溫升10 ℃，水只能帶走約41.9 kJ/kg 的熱量，理論上表面蒸發(fā)空冷耗水量只有殼管式的1%～2%，考慮蒸發(fā)式冷凝器的效率，實(shí)際耗水量約為5%～10%，相對(duì)于空冷加水冷的串聯(lián)冷卻方案節(jié)水顯著。

（2）能量梯級(jí)利用，進(jìn)一步節(jié)水。在被冷卻介質(zhì)進(jìn)入表面蒸發(fā)段前，先經(jīng)過(guò)干式空冷的翅片管束，利用從下部表面蒸發(fā)空冷排出的低溫飽和濕空氣冷卻被冷卻介質(zhì)，使被冷卻介質(zhì)預(yù)冷后進(jìn)入表面蒸發(fā)空冷進(jìn)行常規(guī)冷卻，從而實(shí)現(xiàn)能量進(jìn)一步利用，節(jié)水更多。

圖1 高效復(fù)合空冷器結(jié)構(gòu)

（3）設(shè)備一次性投資低，模塊化設(shè)計(jì)，便于設(shè)備維修。表面蒸發(fā)空冷器將冷卻塔和列管式換熱器合為一體，大大減少了循環(huán)水用量，減少了設(shè)備的占地面積和框架高度，可大大降低一次性投資。

（4）整體鍍鋅防腐，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。復(fù)合型高效空冷器通過(guò)各個(gè)小模塊的柔性管束與管箱焊接成型后再進(jìn)行475 ℃的整體熱浸鋅防腐處理，不留任何死角，鋅層厚度可達(dá)100 μm，基本杜絕了局部腐蝕和均勻腐蝕，比表面蒸發(fā)式空冷器的先防腐、后焊接的防腐方式減少了縫隙腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

2 高效復(fù)合式空冷運(yùn)行中出現(xiàn)的故障

2.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)翅斷裂原因及處理方法

某煉油廠連續(xù)重整及芳烴抽提聯(lián)合裝置在運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)多臺(tái)高效復(fù)合式空冷風(fēng)機(jī)風(fēng)翅出現(xiàn)斷裂。

2.1.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)翅斷裂情況

（1）從斷裂面來(lái)看，風(fēng)翅柄固定螺栓處，脆性斷裂（圖2）。

（2）從未斷裂的風(fēng)翅看，風(fēng)翅表面有高溫氣流沖刷形成的劃痕（圖3）。

圖2 風(fēng)翅柄斷裂

圖3 風(fēng)翅高溫氣流劃痕

2.1.2 材料分析

（1）風(fēng)翅材料為L(zhǎng)D31。LD31 屬于低合金化的Al-Mg-Si 系高塑性鋁合金，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)材料符合LD31規(guī)范。

（2）風(fēng)翅手柄材質(zhì)為45#鋼?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)材料符合45#鋼規(guī)范。

（3）輪轂材料為ZG230-450。對(duì)應(yīng)為25#鋼，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)材料符合25#鋼規(guī)范。

2.1.3 處理方法

（1）增加風(fēng)翅負(fù)荷強(qiáng)度。風(fēng)翅長(zhǎng)度由原940 mm 改為900 mm；風(fēng)翅寬度由260 mm 改為300 mm；風(fēng)翅角度由10°改為14°。

（2）增加手柄強(qiáng)度。手柄直徑由44 mm 改為52 mm。

（3）增加輪轂強(qiáng)度。輪轂直徑由310 mm 改為395 mm。

（4）風(fēng)翅堵頭更改材料。由尼龍堵頭鉚接固定改為鋁合金堵頭焊接固定。

2.2 風(fēng)機(jī)電機(jī)高溫故障

高效復(fù)合式空冷多次出現(xiàn)電機(jī)故障跳停，軸承損壞，電機(jī)掃膛等故障。

電機(jī)參數(shù)：YBPT3 180M-8 WFITH，佳木斯電機(jī)股份有限公司制造。

2.2.1 風(fēng)機(jī)電機(jī)高溫故障經(jīng)過(guò)

（1）故障1。2019 年3 月12 日，空冷電機(jī)故障跳閘，綜保報(bào)堵轉(zhuǎn)故障。搖測(cè)電機(jī)三相對(duì)地絕緣為1000 MΩ，電機(jī)三相直流電阻皆為0.8 Ω，電機(jī)電源電纜老化嚴(yán)重（圖4）。

（2）故障2。2019 年3 月15 日，空冷電機(jī)故障跳閘，綜保報(bào)接地電流故障。拆開(kāi)電機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)其前軸抱死，軸承損壞，軸上有過(guò)熱灼燒的痕跡，搖測(cè)電機(jī)W 相對(duì)地絕緣為零，U/V 相絕緣為1000 MΩ。損傷情況如圖5 所示。

（3）故障3。2019 年5 月22 日接地故障跳閘，電機(jī)定子引出線燒壞（圖6）。

2.2.2 故障分析及處理

（1）電機(jī)電源電纜老化。長(zhǎng)期在在高溫的環(huán)境中運(yùn)行，電纜升級(jí)為抗高溫電纜。

（2）電機(jī)前軸軸承損壞過(guò)熱，燒壞定子絕緣。拆開(kāi)電機(jī)發(fā)現(xiàn)，前軸處出現(xiàn)潤(rùn)滑脂液化滴落現(xiàn)象，該空冷電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間在120 ℃高溫環(huán)境中運(yùn)行，電機(jī)軸承潤(rùn)滑脂為鋰基脂（使用溫度范圍為-20～120 ℃），在高溫狀態(tài)下滴落流失，潤(rùn)滑效果變差，軸承摩擦生熱，聯(lián)鎖反應(yīng)，損壞電機(jī)軸承及絕緣，使電機(jī)故障跳閘。更換耐高溫的潤(rùn)滑脂。

（3）電機(jī)拆檢發(fā)現(xiàn)。電機(jī)高溫導(dǎo)致電機(jī)絕緣老化損壞，電機(jī)軸承未見(jiàn)損壞。此電機(jī)絕緣等級(jí)為F 級(jí)，極限耐溫155 ℃，電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行溫度110 ℃，其中環(huán)境溫度80 ℃，電機(jī)溫升30 ℃。因此，采取提高電機(jī)絕緣等級(jí)為H 級(jí)方法；更換定子繞組，漆包線型號(hào)：QZY-2/180，極限耐溫等級(jí)180 ℃，絕緣紙PET 材質(zhì)耐溫-40 ℃～180 ℃，更換500 ℃高溫云母編織防火耐高溫引線，更換絕緣子。

圖4 電纜及電纜接頭外觀

圖5 軸承及軸損傷

圖6 電機(jī)定子損傷

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）環(huán)境溫度是高效復(fù)合式空冷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。高效復(fù)合式空冷設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)境溫度為平均溫度22 ℃，特殊極限高溫為38.9 ℃，實(shí)際裝置設(shè)備所處環(huán)境溫度平均27 ℃，特殊極限高溫達(dá)45 ℃。因此，大地域的環(huán)境溫度不能作為設(shè)計(jì)時(shí)的環(huán)境溫度，應(yīng)以具體的裝置設(shè)備所處環(huán)境為準(zhǔn)。

（2）在石油化工連續(xù)生產(chǎn)中，當(dāng)介質(zhì)參數(shù)，操作工況改變時(shí)，必須重新核算裝置設(shè)備的相關(guān)參數(shù)。以實(shí)際運(yùn)行情況，明確是否符合設(shè)計(jì)要求，避免設(shè)備故障發(fā)生。