活塞压缩机管壳式气体冷却器的长寿化研究

    1   前言

    我中心有D型、L型、H型等活塞空气压缩机40余台,年产015~0165MPa和0185~019MPa的压缩空气共50余万km3,主要供炼铁、炼钢、热轧、冷轧等厂矿工艺和仪表用气。在用活塞压缩机气体冷却器有80余套,均为管壳式冷却器。冷却器的作用是将各级气缸出口的热空气冷却后送入下一级气缸或排入储气罐,再送入压气管网。冷却器装置由冷却体装置和冷却管装置两大部分组成。冷却管装置一般由冷却管、折流板、前后管板、拉杆、挡水板、定距套管及螺母等组成。冷却器是压缩机的重要组成部分,它的冷却效果和可靠性直接影响压缩机的气动性能与整机效率。

    长期以来,冷却器存在失效漏水、冷却效果差、使用寿命短等故障,甚至发生积炭燃烧爆炸事故。车间一个冷却器的平均寿命(因冷却效果差或泄而停用)约为3个压缩机小修周期,合5000 h左右。压缩机各级排气温度在150e左右,冷却后的排气温度要求[40e,而实际达到36~65e,冷却器回水温差一般要求5~8e,而实际达到2~20e。在当前各厂矿新设备、新工艺对压气质量要求提高的前提下,各站所均要逐步安装气水分离器、除油器和干燥器,其进口压缩空气的温度要求为[40e。在压力一定的情况下,进气温度每升高10e,干燥器吸附剂的负荷增加一倍,直接影响到出口气体露点的上升。入口温度每升高5e,出口气体常压露点温度将上升10e左右,使气体品质变差[1]。冷却器检修频繁,时常采取更换冷却器芯子的措施来保证生产,机组的安全可靠经济运行受到严重影响。

    为了适应攀钢生产规模的扩大对压缩空气产量和质量的需求,提高设备管理效益,为新建机组冷却器选型和冷却器的换型改造提供科学依据,确保冷却器的安全可靠使用,必须对影响活塞压缩机气体冷却器的原因进行分析,并制定出相应的措施,保证压缩机组有较高的完好率和运转可靠性,促进压气系统的安全保供。

    2  影响冷却器可靠性的原因分析

    压缩机的典型水路、气路示意图如图1所示。一级气缸与二级气缸之间为中间冷却器,二级气缸出口连接后冷却器。影响冷却器寿命的因素有振动、积炭、泄漏、冷却效果差等,其中振动原因引起的故障最多,破坏性最强。

    2.1 振动的原因分析

    由于活塞压缩机吸排气为间歇性且吸排气量大,气流的压力和速度呈周期性变化。在冷却器、管道的弯头、异径管等部位产生较大的脉动气流冲刷,激发激振力,相互影响,引起了冷却器的振动。

    压缩机管路内输送的气体,可视为气柱。气柱本身是一个振动系统。当气柱受到一定的激发之后,就会形成一定的受迫振动。振动的结果表现为压力脉动,当脉动的气柱遇到弯头等时就形成激振力。当激发频率与气柱固有频率(通常是多个)之一相等或相近时,就会激发气柱形成强烈的脉动。