高效复合式空冷故障及处理

陈凉亮

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

0 引言

节约能源是应对能源资源约束和环境气候变化的必然选择，也是转变经济发展方式、实现可持续发展的重要措施。石油化工行业作为耗能大户，技术进步是实现节能减排最重要的措施。高效复合式空冷器，是传统水塔式冷却器和普通空冷器在技术上的提升和进步，但是在其的应用中，也出现一些问题，需要从各个方面进行解决。

1 高效复合式空冷概述

1.1 高效复合空冷器

高效复合空冷器换热为潜热形式，利用喷淋到换热盘管表面的水膜蒸发吸收管内流体热量，使管内流体冷凝，1 kg 水蒸发吸收2345 kJ 热量，创造易蒸发的水膜，保障蒸发后的汽体容易排出。空冷器结构如图1 所示。

1.2 高效复合式空冷的优势

（1）水耗小，能耗低。表面蒸发空冷器同时利用水汽化潜热和显热，水的汽化潜热约2386.5 kJ/kg，而壳管式冷凝器中冷却水温升10 ℃，水只能带走约41.9 kJ/kg 的热量，理论上表面蒸发空冷耗水量只有壳管式的1%～2%，考虑蒸发式冷凝器的效率，实际耗水量约为5%～10%，相对于空冷加水冷的串联冷却方案节水显著。

（2）能量梯级利用，进一步节水。在被冷却介质进入表面蒸发段前，先经过干式空冷的翅片管束，利用从下部表面蒸发空冷排出的低温饱和湿空气冷却被冷却介质，使被冷却介质预冷后进入表面蒸发空冷进行常规冷却，从而实现能量进一步利用，节水更多。

图1 高效复合空冷器结构

（3）设备一次性投资低，模块化设计，便于设备维修。表面蒸发空冷器将冷却塔和列管式换热器合为一体，大大减少了循环水用量，减少了设备的占地面积和框架高度，可大大降低一次性投资。

（4）整体镀锌防腐，延长设备寿命。复合型高效空冷器通过各个小模块的柔性管束与管箱焊接成型后再进行475 ℃的整体热浸锌防腐处理，不留任何死角，锌层厚度可达100 μm，基本杜绝了局部腐蚀和均匀腐蚀，比表面蒸发式空冷器的先防腐、后焊接的防腐方式减少了缝隙腐蚀，延长了设备使用寿命。

2 高效复合式空冷运行中出现的故障

2.1 风机风翅断裂原因及处理方法

某炼油厂连续重整及芳烃抽提联合装置在运行中，发现多台高效复合式空冷风机风翅出现断裂。

2.1.1 风机风翅断裂情况

（1）从断裂面来看，风翅柄固定螺栓处，脆性断裂（图2）。

（2）从未断裂的风翅看，风翅表面有高温气流冲刷形成的划痕（图3）。

图2 风翅柄断裂

图3 风翅高温气流划痕

2.1.2 材料分析

（1）风翅材料为LD31。LD31 属于低合金化的Al-Mg-Si 系高塑性铝合金，现场检测材料符合LD31规范。

（2）风翅手柄材质为45#钢。现场检测材料符合45#钢规范。

（3）轮毂材料为ZG230-450。对应为25#钢，现场检测材料符合25#钢规范。

2.1.3 处理方法

（1）增加风翅负荷强度。风翅长度由原940 mm 改为900 mm；风翅宽度由260 mm 改为300 mm；风翅角度由10°改为14°。

（2）增加手柄强度。手柄直径由44 mm 改为52 mm。

（3）增加轮毂强度。轮毂直径由310 mm 改为395 mm。

（4）风翅堵头更改材料。由尼龙堵头铆接固定改为铝合金堵头焊接固定。

2.2 风机电机高温故障

高效复合式空冷多次出现电机故障跳停，轴承损坏，电机扫膛等故障。

电机参数：YBPT3 180M-8 WFITH，佳木斯电机股份有限公司制造。

2.2.1 风机电机高温故障经过

（1）故障1。2019 年3 月12 日，空冷电机故障跳闸，综保报堵转故障。摇测电机三相对地绝缘为1000 MΩ，电机三相直流电阻皆为0.8 Ω，电机电源电缆老化严重（图4）。

（2）故障2。2019 年3 月15 日，空冷电机故障跳闸，综保报接地电流故障。拆开电机检查发现其前轴抱死，轴承损坏，轴上有过热灼烧的痕迹，摇测电机W 相对地绝缘为零，U/V 相绝缘为1000 MΩ。损伤情况如图5 所示。

（3）故障3。2019 年5 月22 日接地故障跳闸，电机定子引出线烧坏（图6）。

2.2.2 故障分析及处理

（1）电机电源电缆老化。长期在在高温的环境中运行，电缆升级为抗高温电缆。

（2）电机前轴轴承损坏过热，烧坏定子绝缘。拆开电机发现，前轴处出现润滑脂液化滴落现象，该空冷电机长时间在120 ℃高温环境中运行，电机轴承润滑脂为锂基脂（使用温度范围为-20～120 ℃），在高温状态下滴落流失，润滑效果变差，轴承摩擦生热，联锁反应，损坏电机轴承及绝缘，使电机故障跳闸。更换耐高温的润滑脂。

（3）电机拆检发现。电机高温导致电机绝缘老化损坏，电机轴承未见损坏。此电机绝缘等级为F 级，极限耐温155 ℃，电机现场运行温度110 ℃，其中环境温度80 ℃，电机温升30 ℃。因此，采取提高电机绝缘等级为H 级方法；更换定子绕组，漆包线型号：QZY-2/180，极限耐温等级180 ℃，绝缘纸PET 材质耐温-40 ℃～180 ℃，更换500 ℃高温云母编织防火耐高温引线，更换绝缘子。

图4 电缆及电缆接头外观

图5 轴承及轴损伤

图6 电机定子损伤

3 结束语

（1）环境温度是高效复合式空冷设计的关键参数。高效复合式空冷设计时环境温度为平均温度22 ℃，特殊极限高温为38.9 ℃，实际装置设备所处环境温度平均27 ℃，特殊极限高温达45 ℃。因此，大地域的环境温度不能作为设计时的环境温度，应以具体的装置设备所处环境为准。

（2）在石油化工连续生产中，当介质参数，操作工况改变时，必须重新核算装置设备的相关参数。以实际运行情况，明确是否符合设计要求，避免设备故障发生。