新氢压缩机级间冷却器故障分析及改进措施

　　1　引言

　　大庆石化分公司炼油厂加氢装置的新氢压缩机是全厂的关键设备,担负着全厂氢气平衡的任务。其Ⅰ级出口水冷器为折流板式冷却器,型号为BES800-4·0-100-3/19Ⅱ,自1995年安装运行以来,内部管束振动一直很大,经常导致冷却器失效。主要表现在内部防冲板开焊,弓形折流板断裂,换热管与管板焊接处产生裂纹,换热管穿孔。特别是1998年以来,损坏频率越来越高,平均2个月就得维修一次,影响了全厂加氢装置的平稳生产,也增加了生产成本。

　　2　冷却器振动原因分析

　　2·1　冷却器设计原因

　　新氢压缩机Ⅰ级出口冷却器的作用是降低气体温度,以便进一步压缩气体提高压力,该冷却器安装在压缩机Ⅰ级出口,由于压缩机组原始设计安装原因,使得空间狭小,冷却器与压缩机之间未设计安装缓冲器,而是直接用管线联接,且该冷却器未设置外导流筒,气流垂直进入冷却器,冲击管束,造成冷却器管束振动剧烈。

　　2·2　结构原因

　　新氢压缩机级间冷却器结构为浮头式,管束一端与外壳法兰联接固定,另一端不固定。在靠近壳程入口处的管束外侧有防冲板,防止气流直接冲刷换热管。防冲板一端与管板焊接,另一端与折流板焊接,如图1所示。

　　弓形折流板冷却器本身结构存在一定缺陷。(1)折流板使流体产生不同程度的垂直于管子轴线方向的横向流动,是诱发管子振动的主要原因; (2)为装配管束,折流板的管孔要大于换热管直径,因此振动会使换热管与折流板内孔撞击,使管子受到磨损、开裂乃至切断,也会使折流板受到撞击乃至断裂; (3)考虑气流压力降,弓形折流板的间距较长,换热管的跨距较大,振动就会引起管子间的撞击乃至磨损; (4)横向流动使气流产生流动死区,该部分易造成换热管腐蚀穿孔; (5)振动使管子与管板联接焊缝疲劳破坏,造成管程与壳程流体混合,从而使冷却器失效。

　　3　改进措施

　　在保证原冷却器联接尺寸不变的情况下,对原冷却器在设计和结构上进行了改进,其结构如图2所示。

　　3·1　设置导流筒

　　为避免新氢压缩机出口气体直接冲刷级间冷却器管束,减缓管束振动,在级间冷却器壳程入出口处设置导流筒。导流筒的结构可以使气流流通截面增大,流速降低,压力降较小,减少了气流对管束的冲击和气流诱发的管子振动。

　　3·2　弓形折流板改进为折流栅

　　在新氢压缩机级间冷却器结构设计上进行了改进,将弓形折流板改为折流栅结构,如图3所示。折流栅是由圆形折流圈焊上许多折流杆组成,4个折流圈组成一组。换热管采用正方形排列,一组折流圈中1号、2号折流圈沿某一相同方向支撑管束,即1、3、5等排管安装1号折流圈, 2、4、6等排管安装2号折流圈, 1号、2号折流圈相互交错地支撑换热管; 3号、4号折流圈沿与1号、2号垂直方向相互交错地支撑换热管。一组折流圈在4个位置固定换热管,使换热管不能产生位移,有效地防止换热管振动。如图4所示。