螺杆压缩机油换热器和后换热器的泄漏原因分析及改进措施

摘要：介绍了螺杆压缩机油换热器和后换热器产生泄漏的原因分析和改进措施,采用高效的管片式结 构制造的换热器才能彻底解决振动问题,高效、高可靠性的管片式换热器是压缩机换热器发展的方向。

2005年6月,收到某压缩机有限公司从最终压 缩机用户退回的油、后换热器共4台产品,该批产品 出厂使用仅3~6个月,用户反映上列油、后换热器 全部泄漏,尤其后换热器泄漏特严重。

1拆检情况

2005年7月,对换热器进行拆检分析。将上列 4台换热器编号为1#~4#,先拆开两端的进出水盖 和回程水盖,对换热器壳侧作气压试验检查,浸入水 中找出泄漏的换热管并对其标识,对个别泄漏换热 器进一步拆检,取出部分泄漏的换热管,并将换热管 的泄漏部位用线切割法剖开观察。

壳侧经2·0MPa的气压检查。芯组下区的右上 部发现不同程度的换热管泄漏,详见泄漏管子排列 图(图1)。将泄漏的换热管取出后,换热管在中间 隔板支承处断裂,断口不规则,断口边的换热管已磨 损成凹陷(图2),其余外表面光洁完好。其中3号 后换热器使用6个月,拆开两端水盖,用户已堵管 11支。此台换热器堵管较多,将全部管束取出,换 热管在中间隔板支承处有断裂和磨损。穿孔部位用 线切割法剖开观察,管内壁严重腐蚀,附着绿色粉 末,有多处局部凹陷点腐蚀穿孔,直径约0·6~0·8 mm(图3)。

2泄漏原因分析

四型换热器换热管材质选用铁白铜,材料牌号BFe10-1-1,执行标准GB8890-1998。铁白铜管的耐蚀性能较黄铜管和紫铜管好,并且大多数换热 器制造厂家使用黄铜管和紫铜管作为换热管,所以 换热管选材没有问题。另外对用户的换热水质进行 取样分析,水质基本符合工业用水的要求。管内壁 出现严重腐蚀,附着绿色粉末,有局部凹陷点腐蚀穿 孔,不是管材和水质造成的。

拆检情况见表1。

2·1产品结构分析

油、后换热器均为管壳式结构,芯组内均设置分 程隔板,壳体用219无缝钢管制作,隔板材料为δ2 mm的Q235A钢板。

后换热器壳体内隔板布置和分区情况:壳侧空 气进出口边缘各有一块隔板,弓形缺口朝下,壳体中 间有一块隔板,弓形缺口朝上。依据隔板支承传热 管数,芯组可分为3区:上区是每支传热管有空气进 出口边缘的两块隔板支承,计有7排共86支传热 管,隔板支承间距依次为隔板间距300 mm、596 mm、300 mm;中区每支传热管有3块隔板支承,计4 排64支传热管,支承间距为300 mm;下区每支传热 管只有中间一块隔板支承,计7排86支传热管,两 端管板至中隔板的间距为596 mm。

油换热器壳体内隔板布置和分区情况:壳侧油 进出口边缘各有一块隔板,弓形缺口朝下,壳体中间 均布15块隔板,弓形缺口间隔朝上、朝下布置,隔板 间距120 mm。

隔板拆检情况:对3#后换热器的3块隔板进行 检查,空气进、出口端的两块隔板管孔均磨损正常, 中间隔板的中区部位管孔、磨损情况同上,但下区的& nbsp;管孔已严重磨损和变形,管孔已扩大0·4~0·5 mm。 对4#油换热器的隔板进行检查,所有隔板管孔均磨 损正常。

2·2介质流速大

此型后冷器壳侧空气流量大,其质量流速为 102 kg/m2. s,巨大的气流横向掠过换热管,产生激 振,使换热管外壁与隔板剧烈碰撞,形成机械碰伤和 疲劳损伤。因为后冷器隔板间距大,最大处跨度达596 mm(因气侧阻力损失指标约束,不允许增加隔 板,缩短间距),加剧了管子与隔板的剧烈碰撞,形 成机械碰伤和疲劳损伤。另一厂家压缩机后冷器, 其传热管的规格、牌号与上列压缩机的后冷器相同, 但它的隔板间距只有230 mm,空气质量流速只有 70 kg/m2. s,虽然其隔板厚度只有1 mm,因其隔板 跨距较小、芯组刚性较好;同时其空气质量流速较 小,气流引起的激振较低,所以压缩机的后冷器可靠 性能好,能安全连续运行。

从上面分析可知,因换热器结构原因,换热管外 壁与隔板的剧烈振动是造成换热管破坏的主要原 因。

3整改措施

3·1在原型的基础上再增加4块支撑板,隔板厚度 改为4 mm

2005年7月,通过对泄漏的后换热器拆检分 析,发现传热管断裂全部集中在下区(中间只有1 块隔板支撑),为此,增加4块支撑板,以增加下区 一部分传热管支承点,减少由于空气进出过程中对 换热管造成的振动,增强了芯组的刚性,减少了单根 换热管个体振动的频率及振幅,从而提高了产品防 振动性能。执行此方案改进的产品经2年使用效果 较好。

3·2调整端部加强板的安装角度

将端部的加强板转动45°,增加芯组下区部分 区域管子的支撑点(单支撑点变为3支撑点,将原 泄漏部位的传热管全部覆盖),加强了部分损坏“重 灾区”的可靠性能(此方案去年七月份在某压缩机 后冷器上已采用,对传热性能无影响);同时将原套 管结构改为拉杆套管结构,增加隔板组刚性,减小隔 板的振动。

3·3采用高效的管片式结构

管壳式换热器因换热管与支撑板之间有不可克 服的间隙存在,增加支撑板后,可以减少由于空气或 油进出过程中对换热管造成的振动,从而提高产品 防振动性能,但此方案不能从根本上解决振动问题, 泄漏的隐患随时存在。使用管片式的换热器,该结 构传热管与散热片紧密连接,抗振性能好,只有采用 这种结构的换热器才可彻底避免以上振动问题的质 量隐患。国外压缩机中大量采用这种管片式结构 (图4)。

为了有效地解决压缩机油、后换热器质量问题,对上面的4型换热器,从2005年12月开始采用管 片式结构制造,经实际使用技术性能指标均可达到 原要求。管片式结构的芯组整体刚性强、抗振性能 好,经2年使用无泄漏情况发生。

4结语

螺杆压缩机在各行各业的应用广泛,提高换热 器的使用寿命,不仅要从换热水质和材料选用上考 虑,还要从产品本身结构和换热元件上考虑。从国 内、外压缩机使用情况看,采用高效的管片式结构制 造的换热器是最可靠和最经济的,是压缩机换热器&nb sp;发展的方向。

作者简介: 张平(1968-),男,高级工程师,研究方向:换热器和压力 容器产品的研发、设计和制造。