氮压机油冷却系统的改进

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IM PRoVEM ENT DESIGNS OF NITROGEN CoM PRESSoRoIL CooLING SYSTEMZhao Ying(Energy and Power Plant，Laiwu Iron＆Steel Co.，Ltd.，Laiwu 271 126，Shandong)Abstract Aimed at the problem that oil temperature is over the designed value due to the oil coolerblockage or insufficient heat exchange area while the rest of the system is working normally，a reform pro-ject is suggested as folows：one or more oil coolers are connected in parallel in the cooling system.Thisproject can resolve the problem of excessive oil temperature and enhance the reliability of the equipment。

Key words nitrogen compressor；oil cooling system；lubrication；oil temperatureO 氦压机油冷却系统存在的问题由于天元气体公司所处地域地下水质量不是很好，无法满足设备对水质的要求，致使其 9 、10 制氧机组中低压氮压机润滑油经油冷却器冷却后温度仍高于设计温度，影响了润滑油的质量，无法保障氮压机的正常运行 ，长此以往对设备损害极为严重。

1 问题的分析氮压机-般采用汽轮机油润滑，该润滑油在设备运转时主要有两个作用：-是设备运行时对机体各零部件起润滑作用，二是冷却作用，带走-部分设备运行时产生的热量。目前，氮压机多数都采用列管式油冷却器，水来自水冷塔，在进入油冷却器前经由水冷塔冷却。对于列管式油冷却器，水走管程，油走壳程，通过对流的热交换以达到降低油温的效果。

当油冷却器散热面积不够或油冷却器堵塞时，将会造成油温升高，从而影响润滑油质量和设备运行温度，最终影响设备正常运行。图 1为现有技术中的- 种氮压机油冷却系统的结构示意图。氮压机油冷却系统工作时，油从进油管路6进入冷却器 3，走壳程；水从进水管路 4进入冷却器 3，走管程；水通过冷却器带走壳程里油的-部分热量后由出水管路 5流出；油通过冷却器被水带走-部分热量后降温进入出油管路 2，再通过滤油器 1过滤后进入氮压机对系统各零部件进行润滑。

当油冷却器散热面积不够或油冷却器堵塞时，将会造成油温升高，从而影响润滑油质量和设备运行温度，最终影响设备正常运行。所以经由油冷却器降温的润滑油温度必须低于某设计温度，才能保证设备在正常温度范 围内稳定运行。另外 ，由于冷却器内部结构的原因(见图2)，若水质不好或杂质过多，油冷却器内部走水管路容易堵塞，从而影响设备正常运行。

作者简介：赵 莹(1987-)，女，助理工程师，大学本科，2009年毕业于重庆科技学院冶 金 丛 刊 总第 205期因此，如何提高冷却系统的换热效率，并防止由于油冷却器管路堵塞造成的设备无法正常运行，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

1-滤油器；2-出油管路；3-油冷却器；4-进水管路；5-出水管路；6-进油管路图 1 现有技术中-种氮压机冷却系统的结构示意图/。 oo o 、 /o0 00 0 0oo o o o o o o o oo o o o o o o o ooo oo o o0oo o o o 0 0 0 o oo o o 0 0 0 0 O 0000000o/ o oo o/ 7-管程 ；8-壳程图2 油冷却器内部示意图2 改造方案2.1 方案内容为保证冷却后的油液温度在设计温度以下，增大换热面积为可行措施。因此，优选在原有冷却系统上并联-个或多个油冷却器，油液经过管路分别进入各个油冷却器进行冷却。减少了单个油冷却器的冷却量 ，即变 向增大了散热面积。这样既达到了冷却油温的目的，同时当-个油冷却器堵塞时冷却装置仍能通过其它油冷却器维持-段时间的正常工作，解决了之前所述问题。见图3和图4。

9-出油 口；10-进油 口；11-出水 口；12-进水 口图3 油冷却器水油走向示意图1413、18-进油管 ；14-出油管 ；15-滤油器 ；16、17-油冷却器 ；19- 进水管；20-出水管图4 改造后氮压机冷却系统的结构示意图为了控制进油和回油的流量及其开关时机 ，在油冷却器的进油 口和出油 口处分别加设进油阀门和出油阀门，用以控制进出油流量。为了确保流入氮压机 中的油中杂质尽量少 ，本方案滤油器 15设置在出油管路 14上，当系统进行冷却时，油从进油管路13在两个进油阀门的分别控制下进入油冷却器 l6和油冷却器 17；油在进油阀门控制下通过进油口10进入油冷却器中。油进入油冷却器后走壳程 8，经过换热处理从出油 口9流出；油流出后 ，在两个出油阀门的分别控制下以-定流速经过滤油器 15进入出油管路 14。

第 3期 赵 莹：氮压机油冷却系统的改进另外 ，为了更好地取得换热效果 ，各个所述油冷却器上的进水管路和出水管路分别与总进水管路19和总出水管路 2O相连。如图 4所示，水从进水管路 19在两个进水阀门的分别控制下进入油冷却器 16和油冷却器 17。水流出后，在两个出水阀门的分别控制下以-定流速进入出水管路 20。

冷却器上的进水管路和出水管路分别设有进水阀门和出水阀门，用以控制进出水流量，水在进水阀门的控制下通过进水口12进入油冷却器中；经过换热处理从 出水 口 11流出；水通过进水 口 12进入油冷却器后走管程7。

2.2 方案的实施以上所述改造方案，相互并联的油冷却器数量越多，其冷却效果越好，但是成本会成倍增加。根据天元气体公司9 、10 制氧机组氮压机的实际要求，结合成本和冷却效果综合考虑，采用两个油冷却器并联的方式，在具有-定换热效率的基础上，显著降低 了设备成本。其中所用油冷却器根据如下公式选型得出：首先确定冷却器的热负荷 QK。

QKqm C。(t2- t1) (1)式中 9K-- 冷却器的热负荷 ，kJ/h；gm-- 油的流量 ，kg/h；c-- 油的比热容，kJ/(kg·℃ )；t，、t，-- 油 出、进 温度 。

确定了冷却器的热负荷 QK之后，就可确定冷却器的有效传热面积 A 。

Ak：QK/qA (2)式中 A --冷却器的有效传热面积；QK-- 冷却器的热负荷，kJ/h；- - 单位面积热负荷，kJ/(m ·h)。

其中：qA：K·Atm (3)式中 --冷却 器的传热系数 ；△ m--冷却器换热的对数平均温差，℃。

确定出冷却器的有效传热面积Ak之后，就可确定出冷却器的构造尺寸。

选定管径之后，计算管子总长度 三：LAk/ctdi (m) (4)式中 舭--冷却器的有效传热面积；d --管子内直径，m。

选定管子每-流程长度z，计算冷却器总管数 Ⅳ：NL/l (5)式中 z--每-流程管长，-般为冷却器壳体直径的 1/3～1/8。

选定冷却水流速 (in/s)计算每-流程中管子的总截面积fo：fo：V /v ·3 600(m ) (6)式中 --管 内冷却水流速，-般在 1.0～3.0in/s之 间；- - 冷却水流 ，m /h。

每根管子的截面积 ：fb7rdi /4(m ) (7)每-流程中并行的管子数 n：n /f， (8)在冷却器计算中，由于管道内外表面产后油膜、水垢或锈蚀，将使其热阻增加。对此，-般在冷却器传热系数中予以考虑。对-定热负荷的冷却器，选择管径愈小，其每流程管数就愈多。为了减少管子数目，应选择较大的管径。此外，每流程管子愈长，则流程愈少，故每流程管子的长度和流程数应作适当选择，使冷却器的长径比(长度与壳体直径之比)在比较适中的范围内(-般为 3.0～8.0)～以上计算所得数据反馈给油冷却器生产厂家，经厂家合理选型，选择出了最适合的油冷却器。

同时，用于油液进出口管道上的进出口阀门优选不锈钢阀门，油液进出管路优选 620mm的不锈钢管；用于冷却水进出口管道上的进出口阀门优选普碳钢阀门、冷却水进出口管路优选650mm的普碳钢钢管。

3 结束语该方案应用于天元气体公司的9 、10 制氧机组中的低压氮压机后，油冷却系统冷却油温降低 5-7qC，效果显著。同时并联提高了油冷却系统的工作可靠性，-年无特殊情况对其清洗反冲-次即可，达到了预期效果。