KK＆K离心压缩机组油冷却系统改造

付 明,高建涛

(云南驰宏锌锗股份有限公司,云南曲靖 654211)

KK＆K离心压缩机组油冷却系统改造

付 明,高建涛

(云南驰宏锌锗股份有限公司,云南曲靖 654211)

云南驰宏锌锗股份有限公司针对KK&K离心压缩机组油冷却系统存在的运行异常情况进行了原因分析,发现是冷却器面积不足导致。通过理论计算,在现用离心压缩机组上并联安装了一台国产油冷却器补足了相差的换热面积,解决了存在的问题,降低了改造费用,取得了良好的改造效果。

离心压缩机组；油冷却系统；故障分析；选型；系统改造

铅锌冶炼生产中离心压缩机组的工作况态直接影响到生产的正常进行,但运行参数决定了离心压缩机组工作的安全性和使用寿命。云南驰宏锌锗股份有限公司1台SF019,00-67离心压缩机由德国KK&K公司制造。该机组于2005年5月投入运行,一直存在油冷却系统运行不正常的情况,如系统油温允许值要求＜50℃,＞65℃时主电动机便会联锁自动停机，而实际情况是系统油温持续在60℃以上,长期处于报警运行；油泵出口压力允许值为＜300 kPa,实际却达到了500 kPa;系统油压允许值在120～200 kPa,＜80 kPa时主电动机会联锁自动停机,实际达到了260 kPa;系统油压差允许值为120 kPa,实际却达到了280 kPa。基于上述存在的问题,为确保设备安全可靠运行,必须对油冷却系统进行改造。

1 油冷却系统工作流程

油冷却系统工作流程[1-2]如下：主油泵从储油槽向外抽油,然后通过冷却器和过滤器把油输送到各润滑点,油经过回油管道返回到储油槽内,见图1。

图1 油冷却系统工作流程示意

2 存在问题及原因分析

2.1 存在问题

存在问题主要有：1)系统油温过高造成冷却系统长期处于报警运行,甚至可能出现连锁自动停机,对生产存在着较大的安全隐患。2)系统油压过高造成管道、阀门、仪表连接处渗漏,甚至出现爆管事故,对生产同样存在着较大的安全隐患。3)机组所有轴承、轴瓦、密封圈长期处于高温运行,缩短了其使用寿命,增大了检修维护费用,尤其对于进口设备来说,检修维护费用不菲。

2.2 原因分析

针对上述存在的问题,技术人员经过反复调试仍达不到理想的工作状态,从油冷却系统工作流程图可以看出,主油泵出口到过滤器出口压降很大,说明阻力就集中在冷却器和过滤器，在调试过程中把过滤器的芯子拆除压力也没有变化，冷却效果也不好，说明阻力就在冷却器，只有增大冷却器面积,才能降低压降,同时确保冷却效果。

3 解决方案及措施

如果采用更换国外进口的大面积油冷却器,不仅价格昂贵,而且供货周期长,因此,公司经过理论计算、论证研究决定,采用一种更为经济实用的解决方案及措施,即选用1台国产油冷却器与原来的油冷却器并联使用,即可增大冷却器面积又节约了资金的投入。

3.1 国产油冷却器选型

1)原来油冷却器面积核算公式[3-4]如式(1)：

式中：A为换热面积。Q为热负荷,Q=CMΔt,其中C为热流体比热,C=2 000 j/(kg·℃);M为热流体质量流量，M=200×0.871÷60=2.9 kg/s，泵流量200 L/min,油比重 871 kg/m3=0.871 kg/cm3；Δt=进口油温度 T1(80℃)-出口油温度T2(60℃)=20℃。计算得Q=CMΔt= 2 000×2.9×20=116 000 J/s。K为总传热系数，K=1/[1/a0+ 1/a1×A0/A1+r0+r1×A0/A1+δ/λw×A0/Am]，其中a0为管外流体传热膜系数，a0=52 W/(m2·℃)；a1为管内流体传热膜系数,a1=67.6 W/(m2·℃);A0/A1为换热器外表面积与内表面面积之比，A0/A1=12/10=1.2；A0/Am为换热器外表面积平均值与内表面积平均值之比，A0/ Am=1.187；r0=r1，r1为流体污垢热阻，r1=0.000 5(m2·℃)/W；δ为换热管壁厚，δ=0.001 m；λw为壁管材料的导热系数，λw=48 W/(m2·℃)。故代入计算得K=27.04 W/(m2·℃)。Δtm为两流体之间的平均温差，Δtm=油进口温度(80℃)-水进口温度(28℃)=52℃。故A核= Q/KΔtm=116 000/27.03×52=82.53 m2。

2)实际需要油冷却器面积计算公式见式(2):

式中：A为换热面积。Q为热负荷，Q=CMΔt,其中C、M取值同式(1)；Δt=进口油温度T1(80℃)-出口油温度T2(42℃)=36℃。故Q=2 000×2.9×36=208 800 J/s。K为总传热系数,计算公式和各项取值与式(1)相同,但a0、a1分别为不锈钢的管外流体传热膜系数和管内流体传热膜系数，a0=42 W/(m2·℃),a1=58 W/(m2·℃)。故代入得K=22.47 W/(m2·℃)。Δtm为两流体之间的平均温差,同式(1)。故A实=Q/KΔtm=208 800/22.47× 52=178.70 m2。

3)新增油冷却器选型。通过理论计算找准了问题的根源，原厂家配置的油冷却器换热面积为82.53 m2，而实际所需换热面积为178.70 m2，仅占所需换热面积的46%，远远达不到实际换热效果，还需增加换热面积最少96.17m2。选型时考虑到各种因素增加了21%余量，根据国产厂家规格选用1台117 m2的油冷却器，安装后的运行实践,进一步证明原厂家配置的冷却器换热面积不足。

3.2 改造后实际运行参数

改造后实际运行参数见表1。

表1 改造后实际运行参数

4 结语

综上,云南驰宏锌锗股份有限公司此次针对油冷却系统的国产化改造是成功的。从经济的角度出发没有将原来的油冷却器拆除更换大的油冷却器，而是通过理论计算补足了相差的换热面积,既解决了存在的问题,同时又降低了改造费用。改造后使用效果良好,排除了原先设备运行的安全隐患,延长了使用寿命,值得推广。

[1] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2] 余建祖.换热器原理及设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3] 童景山.流体热物性学[M].北京:中国石化出版社,2008.

[4] 郁永章.压缩机工程手册[M].北京:中国石化出版社,2012.

System Reformation of Oil Cooling System for KK&K Centrifugal Compressor Set

FU Ming,GAO Jiantao
(Yunnan Chihong Zn&Ge Co.,Ltd.,Qujing,Yunnan 654211,China)

Yunnan Chihong Zn&Ge Co.,Ltd.makes a cause analysis on operation abnormal condition of oil cooling system of KK&K centrifugal compressor set,lacking of cooler area is the cause.The existing centrifugal compressor set is provided with one domestic oil cooler in parallel to make up heat exchange area by theoretic calculation,by which it can resolve the existing problems, reduce reformation cost and obtain good reformation effect.

centrifugal compressor set;oil cooling system;fault analysis;type selection;System reformation

TH452

B

1004-4345(2015)01-0035-02

2014-10-16

付 明(1968—),男,工程师,主要从事企业设备管理工作。