高效復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

節約能源是應對能源資源約束和環境氣候變化的必然選擇，也是轉變經濟發展方式、實現可持續發展的重要措施。石油化工行業作為耗能大戶，技術進步是實現節能減排最重要的措施。高效復合式空冷器，是傳統水塔式冷卻器和普通空冷器在技術上的提升和進步，但是在其的應用中，也出現一些問題，需要從各個方面進行解決。

1 高效復合式空冷概述

1.1 高效復合空冷器

高效復合空冷器換熱為潛熱形式，利用噴淋到換熱盤管表面的水膜蒸發吸收管內流體熱量，使管內流體冷凝，1 kg 水蒸發吸收2345 kJ 熱量，創造易蒸發的水膜，保障蒸發后的汽體容易排出。空冷器結構如圖1 所示。

1.2 高效復合式空冷的優勢

（1）水耗小，能耗低。表面蒸發空冷器同時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，理論上表面蒸發空冷耗水量只有殼管式的1%～2%，考慮蒸發式冷凝器的效率，實際耗水量約為5%～10%，相對于空冷加水冷的串聯冷卻方案節水顯著。

（2）能量梯級利用，進一步節水。在被冷卻介質進入表面蒸發段前，先經過干式空冷的翅片管束，利用從下部表面蒸發空冷排出的低溫飽和濕空氣冷卻被冷卻介質，使被冷卻介質預冷后進入表面蒸發空冷進行常規冷卻，從而實現能量進一步利用，節水更多。

圖1 高效復合空冷器結構

（3）設備一次性投資低，模塊化設計，便于設備維修。表面蒸發空冷器將冷卻塔和列管式換熱器合為一體，大大減少了循環水用量，減少了設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，延長設備壽命。復合型高效空冷器通過各個小模塊的柔性管束與管箱焊接成型后再進行475 ℃的整體熱浸鋅防腐處理，不留任何死角，鋅層厚度可達100 μm，基本杜絕了局部腐蝕和均勻腐蝕，比表面蒸發式空冷器的先防腐、后焊接的防腐方式減少了縫隙腐蝕，延長了設備使用壽命。

2 高效復合式空冷運行中出現的故障

2.1 風機風翅斷裂原因及處理方法

某煉油廠連續重整及芳烴抽提聯合裝置在運行中，發現多臺高效復合式空冷風機風翅出現斷裂。

2.1.1 風機風翅斷裂情況

（1）從斷裂面來看，風翅柄固定螺栓處，脆性斷裂（圖2）。

（2）從未斷裂的風翅看，風翅表面有高溫氣流沖刷形成的劃痕（圖3）。

圖2 風翅柄斷裂

圖3 風翅高溫氣流劃痕

2.1.2 材料分析

（1）風翅材料為LD31。LD31 屬于低合金化的Al-Mg-Si 系高塑性鋁合金，現場檢測材料符合LD31規范。

（2）風翅手柄材質為45#鋼。現場檢測材料符合45#鋼規范。

（3）輪轂材料為ZG230-450。對應為25#鋼，現場檢測材料符合25#鋼規范。

2.1.3 處理方法

（1）增加風翅負荷強度。風翅長度由原940 mm 改為900 mm；風翅寬度由260 mm 改為300 mm；風翅角度由10°改為14°。

（2）增加手柄強度。手柄直徑由44 mm 改為52 mm。

（3）增加輪轂強度。輪轂直徑由310 mm 改為395 mm。

（4）風翅堵頭更改材料。由尼龍堵頭鉚接固定改為鋁合金堵頭焊接固定。

2.2 風機電機高溫故障

高效復合式空冷多次出現電機故障跳停，軸承損壞，電機掃膛等故障。

電機參數：YBPT3 180M-8 WFITH，佳木斯電機股份有限公司制造。

2.2.1 風機電機高溫故障經過

（1）故障1。2019 年3 月12 日，空冷電機故障跳閘，綜保報堵轉故障。搖測電機三相對地絕緣為1000 MΩ，電機三相直流電阻皆為0.8 Ω，電機電源電纜老化嚴重（圖4）。

（2）故障2。2019 年3 月15 日，空冷電機故障跳閘，綜保報接地電流故障。拆開電機檢查發現其前軸抱死，軸承損壞，軸上有過熱灼燒的痕跡，搖測電機W 相對地絕緣為零，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，電機定子引出線燒壞（圖6）。

2.2.2 故障分析及處理

（1）電機電源電纜老化。長期在在高溫的環境中運行，電纜升級為抗高溫電纜。

（2）電機前軸軸承損壞過熱，燒壞定子絕緣。拆開電機發現，前軸處出現潤滑脂液化滴落現象，該空冷電機長時間在120 ℃高溫環境中運行，電機軸承潤滑脂為鋰基脂（使用溫度范圍為-20～120 ℃），在高溫狀態下滴落流失，潤滑效果變差，軸承摩擦生熱，聯鎖反應，損壞電機軸承及絕緣，使電機故障跳閘。更換耐高溫的潤滑脂。

（3）電機拆檢發現。電機高溫導致電機絕緣老化損壞，電機軸承未見損壞。此電機絕緣等級為F 級，極限耐溫155 ℃，電機現場運行溫度110 ℃，其中環境溫度80 ℃，電機溫升30 ℃。因此，采取提高電機絕緣等級為H 級方法；更換定子繞組，漆包線型號：QZY-2/180，極限耐溫等級180 ℃，絕緣紙PET 材質耐溫-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 電機定子損傷

3 結束語

（1）環境溫度是高效復合式空冷設計的關鍵參數。高效復合式空冷設計時環境溫度為平均溫度22 ℃，特殊極限高溫為38.9 ℃，實際裝置設備所處環境溫度平均27 ℃，特殊極限高溫達45 ℃。因此，大地域的環境溫度不能作為設計時的環境溫度，應以具體的裝置設備所處環境為準。

（2）在石油化工連續生產中，當介質參數，操作工況改變時，必須重新核算裝置設備的相關參數。以實際運行情況，明確是否符合設計要求，避免設備故障發生。