活塞式壓縮機中間冷卻器的改造實踐應用

:電解鋁D-100/10-a活塞式空氣壓縮機(以下文中簡稱空壓機) 主要用以供給風動工具和風動機械所需的壓縮空氣，而中間冷卻器有空壓機之肺的形象比喻，它的冷卻效果和可靠性直接影響空壓機的氣動性能和整機效率，因而對中間冷卻器進行優化改造， 不僅能優化換熱效率、降低氣流阻力、提高整機運行效率，而且能大大降低能耗，取得較好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞:增大熱交換面 取消內插件 改造 技術應用

中圖分類號:TB65文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)08(a)-0076-01前言:目前我廠所用的空壓機為D-100/10-a活塞式空氣壓縮機，共計15臺，供46萬t電解鋁生產用。主要將壓縮空氣用來提供濃相和超濃相輸送原料、打殼下料、出鋁提升、風動機械及控制的動力源?？諌簷C中對水、氣、油的壓力、溫度控制是關鍵，控制不好隨時都有可能造成停機事故，影響生產，因此空氣壓縮機的正常運行直接影響到電解鋁的正常生產。

空壓機的中間冷卻器是對機組的比功率大小起著關鍵的影響因素，中間冷卻器換熱效果的好壞，氣體經冷卻器的流道阻力損失的大小直接影響空壓機的性能指標，其冷卻效果愈好，則越能使整個壓縮機向等溫線靠攏，功耗就減少，而中間冷卻器的流道阻力越小，則實際的壓縮機功率使用效率愈高，從而整機的節能效果就越明顯。因此，為確保安全保護裝置的靈敏可靠性，促進設備高效運行，提出對我廠15臺空氣壓縮機的中、后冷卻器進行優化節能改造。

1 原冷卻器的結構及特點

(1)原冷卻器采用嵌入元件式內插件冷卻芯子結構，內插件呈螺旋網狀，使壓縮空氣呈螺旋輸送，內插件進行冷卻及過濾。一段時間后，因易結焦或進氣不清潔使冷卻器內插件粘附臟污及積碳。增加風阻，導致Ⅰ、Ⅱ級排氣超壓，致使超壓保護動作停機

(2)氣缸潤滑是由電機驅動柱塞泵，并由注油器和止回閥組成進行供油，潤滑油采用L-DAB150空壓機油(GB-12691-90)，潤滑油注入量過多過少，影響閥片的正常啟閉，同時易結焦，產生積碳。一級氣缸壓縮機氣體排出直接進入中間冷卻器進口，經冷卻分離后直接進入二級缸入口，中間冷卻器。冷卻效果逐漸下降，如不及時進行檢修，超溫報警，安全保護動作停機。

(3)換熱效果不好，夏季排氣溫度過高易導致停機事故。

(4)管束易腐蝕，腐蝕部位常被淤泥或水垢堵死，需頻繁更換冷卻器芯子。

(5)二級排氣閥的使用壽命短，閥片斷裂和氣閥彈簧松弛，造成氣閥漏氣，氣閥提前開啟，延時關閉。

2 改造系統技術設計

為確保設備原有特性不發生變化，整體外形尺寸不變，并且具有互換性，可操作性，現冷卻器改造為取消內插件，冷卻器銅管由原來的433根(φ16)改為865根(φ14)，外表為波紋形管束，增大了熱交換面;水包管;氣走缸;降低Ⅰ、Ⅱ級循環水溫，取消內插件;降低風阻，提高經濟效益。

3 設計改造前后對比分析

(1)改造后提高了冷卻器換熱效率，使空壓機二級入口、出口溫度控制在規定值范圍內，從而使空壓機的操作正常平穩，維護工作量大大降低。

冷卻面積由原冷卻器銅管φ16×1.5×670，計433根，面積S前=0.016×3.14×0.67×433=14.575m2，改為φ14×1.2×670計865根，面積S后=0.014×3.14×0.67×865=25.477m2，單臺冷卻器面積增加S增=S后-S前=25.477-14.575=10.902m2，比原冷卻面積增加百分比(25.477/14.575×%。)174.79%。

(2)重量由原來冷卻器銅管433根，重量G=0.016×3.14×0.67×433×8.5×1.5=0.1858t，改造后銅管重量G=0.014×3.14×0.67×865×8.5×1.2=0.2598t，單臺冷卻器重量增加G增=G后-G前=0.2598-0.1858=0.074t。比原冷卻器重量增加百分比(0.2598/0.1858×%。)139%。

(3)使用周期原來冷卻器含內插件6個月進行更換不能再利用。(注:平均1個半月進行檢修一次，原因(1)正常使用經過高溫達145℃左右，(2)積碳臟污進行酸洗，(3)外型尺寸變小，變形，無法恢復設計尺寸，+0.012mm)

(4)取消內插件后檢修周期一年，現已通過運行事實證明。

(5)原一臺內插件計433根，單價市場價格28.5元/根，Hj=433×28.5=12340.5元。一臺空氣壓縮機一年內插件費用2×12340.5×2=49362元。15臺費用計HJ=15×49362=740430元(74.043萬元)，另酸洗一臺冷卻器內插件220元，一年費用HJ=220×2×4×15=26400元。

(6)中.后冷卻器改造前溫度，進水溫度≤32℃，排水溫度＜45℃，Ⅰ級排氣＜140℃，Ⅱ級進氣＜60℃，Ⅱ級排氣＜130℃，后冷排氣＜60℃，

(7)中.后冷卻器改造溫度，進水溫度≤32℃，排水溫度＜45℃，Ⅰ級排氣＜140℃，Ⅱ級進氣＜43℃，Ⅱ級排氣＜120℃，后冷排氣＜45℃，同期對比，5月18日運行記錄。改造后溫度Ⅱ級進氣溫度下降△=60-43=17℃，比同期下降71.6%。，Ⅱ級排氣溫度下降△=＜130℃-＜120℃=＜10℃，比同期下降92.3%。后冷排氣溫度下降△=＜60℃-＜43℃=＜17℃，比同期下降71.6%

(8)購置價格改造前(含內插件)一臺冷卻器6.8萬元，改造后一臺冷卻器5.4萬元，每臺空氣壓縮機節約2×1.4=2.8萬元，15臺HJ=2.4×15=31.5萬元，每年節約31.5/5=6.3萬元，根據使用情況周期5年進行更換。

(9)通過使用證明，改造前檢修周期 45d，人工4×9=36h，每臺一年人工36×2×365/45=583.2h，15臺人工費HJ=583.2×6.8×15=59486.4元。改造后檢修周期一年，勞動強度大大降低。

(10)通過以上分析可見改造后節能效果十分可觀，年節約HJ==740430+26400+63000+59486.4=889316.4元

4 存在問題及整改措施

(1)由于冷卻器內插件取消，Ⅰ級排氣設計壓力P＜0.3Mpa，減小了壓縮空氣的阻力，增加了壓縮空氣的氣流速度。

(2)依據改造后的運行情況分析，決定對Ⅱ級進氣過濾網和阻風板進行加強，加固，保證了設備的高效運行。

5 結語

(1)通過實際運行應用D-100/10-a活塞式壓縮機中間冷卻器取消內插件，改為φ14波形銅管的改造設計是可行的，增加了換熱面積，冷卻效果較好，延長了設備的使用壽命。

(2)此次改造過程時間短，安全可靠，對礦山、冶金、機械制造行業，減少不必要的操作程序和不必要的損失，有利于各廠、礦、企業在設備管理創新借鑒和應用。在通用行業有及大的推廣和使用價值。

參考文獻

[1]郁永章.活塞式壓縮機[M].北京:機械工業出版社，1982.

[2]黨錫淇，陳守五.活塞式壓縮機氣流脈動與管道振動[M]西安:西安交通大學出版社，1984.