一起氨制冷设备油冷却器事故分析

李震

摘要：本文针对一起氨制冷设备事故，通过从设备的工作机理及事故发生的直接原因和间接原因分析着手，探讨阐述氨制冷系统操作及设备制造质量对氨制冷运行安全的重要性。

关键词：氨制冷;设备;事故;分析;原因

氨制冷系统是目前广泛应用于我国食品行业冷库的一种制冷型式，近些年，氨制冷系统屡次发生制冷设备及管道的相关事故。某一食品加工企业生产时一台油冷却器平封头与筒体发生连接焊缝撕裂、脱落，造成氨泄漏事故，幸亏该企业应急救援措施得当，未造成人员伤亡事故。本文从该台设备的工作机理及事故发生的直接原因和间接原因分析着手，探讨阐述氨制冷系统操作及设备制造质量对氨制冷运行安全的重要性。

1.      氨用螺杆压缩机润滑油冷却机理

氨用螺杆压缩机吸入低压氨气，通过转子运动压缩成高温高压的氨气，压缩过程中需用大量的润滑油来润滑，随后高温高压的氨气及高温的润滑油进入氨油分离器进行分离，分离出的高温高压的氨气进入蒸发冷凝器进行冷凝，分离出的高温润滑油进入油冷却器进行冷却。

给转子润滑的油路循环系统是螺杆压缩机自带的一套系统，一般循环过程是：经油冷却器冷却的润滑油，经油泵回到压缩机中给压缩机转子提供润滑，再经氨油分离器进行分离，高温润滑油进入油冷却器进行冷却。

2.      油冷却器的结构

油冷却器是一种换热容器，由壳程和管程组成。由氨油分离器分离出的高温润滑油进入油冷却器的壳程，经管程介质冷却后变成温度较低的油进入油泵循环，而管程介质一般由外部液氨总管提供的常温     液氨经与壳程换热后变成气氨进入回气管路。管程两端管箱与圆形平板端盖焊接采用全焊透结构，如图1所示，在壳体与平板焊透结构内部采用角焊缝进行密封加强结构。

3.      油冷却器失效后的外部特征及评价方法

一侧平板端盖沿焊缝撕裂、脱落，另一侧平板端盖未脱落，但两侧平板端盖均已向外凸起变形，从焊缝撕裂情况看，焊缝未采用如图1设计所采用的全焊透型式，仅在平板边缘及壳体外部边缘进行焊接，焊缝厚度仅为壳体壁厚的70%左右，在壳体与平板焊透结构内部也无角焊缝进行密封的加强结构。壳体及其余部位未见明显变形。

现有评价方法简介，如图2所示。

一般情况下，在油冷却器行业中的传热性能参考标准是油流量对应的油冷却器热流量的大小，该方法直观反映出油冷却器的热负荷，能够方便地确定该油冷却器是否满足工程需要。

4.      对平板端盖失效的分析

平板端盖已向外凸起变形，说明平板端盖已发生材料屈服，按照圆形平板的强度计算公式 δp=Dc         进行计算，计算参数按该台设备的实际参数选取，δp =20mm，Dc=245+14=259mm，K=0.5，【】t=325N/mm2，

Φ=1，得到pc=3.88MPa。

即平板端盖发生变形，管程氨压力应已达到3.88MPa。按油冷却器的设计参数管程、壳程均为2.1MPa，计算结果是管程超压导致平板端盖失效。

5.      平板端盖超压的原因分析

按计算结果，管程气氨压力应已达到3.88MPa，结合油冷却器管程进口液氨压力，即系统来源压力一般不超过1.5MPa，可以认为是油冷却器壳程油温太高导致管程中氨压力升高，进而造成达到平板失效的压力。通过与现场操作人员的交谈了解到，這台氨用螺杆压缩机是开机后20分钟后发生事故，操作过程是先开螺杆压缩机，然后打开油路循环。但实际开机后，油路系统并未运行，原因是未对油路系统进行检查，有一处阀门未打开，待发现问题打开阀门油路进行循环时，压缩机转子因得不到润滑，已造成转子温度很高，进而造成循环的油温度急剧升高，进入油冷却器壳程，油冷却器管程中的液氨急速汽化，达到了失效的压力，致使设备失效。

6.      综合分析原因

综合分析这台设备的失效原因，一是操作人员未按未按设备操作规程进行操作，导致设备内油温过高造成管程氨压力过大达到了设备失效的条件。二是设备制造未按设计图纸制造，焊缝强度达不到要求的设计强度。三是管程部位未设安全排放装置或超压、超温保护装置，不能保证在超压时泄放压力或停机保护。

7结语

综上结合笔者工作经验分析了油冷却器冷确机理，简要说明了油冷却器传热强化性能评价方法，对其出现的故障做了探讨，能够为油冷却器的设计及工程应用提供参考依据，但是限制于研究方法及研究工具、时间等方面的限制，以下内容值得进一步研究：

（1）       油冷却器结构复杂，操作人员在进行操作时，一定要按相关规程操作，可以建立整体模型研究其流动状态，对比分析简化模型存在的不足。

（2）       在设计和制造中，各部件必须严格按照图纸要求制造，在设备安装中要专业技术人员进行安装，并在管程部位设置保护装置，防止人员受到伤害，安装完成后，需要进行运行调试，设备正常运行后，方可使用。

参考文献：

[1]    梁帅，江楠，曾纪成，套片式油冷器传热性能的研究[J]，压力容器，2013（07）.

[2]    魏小兵，江楠，梁帅，新型叠片式油冷却器传热及综合性能的研究[J]，压力容器，2012（10）.