滑油冷却器国产化改造设计与实施

透平滑油冷却器国产化改造设计与实施
一、背景介绍
某油田透平B机组滑油冷却器自1999年投产至今，运行16年，冷却器翅片腐蚀、变形，热交换效率逐步降低，局部出现渗油，至2014年以来机组滑油温度一直在报警值附近波动，天气炎热时机组运行滑油温度最高达到73℃（高高关停74度），温度过高会造成滑油粘度下降，当偏离正常粘度过多时，会造成滑油压力降低，影响运行部件的油膜层建立，轴振动及位移也会相应增大，严重影响机组安全稳定运行。

现场多次对冷却器进行风道清洁、翅片修复，效果不佳，急需更换新的冷却器，但更换滑油冷却器存在以下两个问题：
1、从国外原厂订购，费用畸高，2005年采购价格就在100多万，且采购周期长。

2、冷却器国内生产厂家技术参之不齐，油田之前没有进行过类似改造，无经验可循。

二、新技术及实践的客观描述
2.1滑油冷却器冷却效果不佳原因分析
该滑油冷却器采用的是板翅片式换热器（铜），由翅片、导流片、封条、隔板等部件组成，如图1。

其特点：传热效率高、紧凑、轻巧、制作工艺要求高、容易堵、易腐蚀翅片变形。

图1. 板翅片式换热器结构示意图
流速、传热系数、换热面积、阻力等方面都会影响板翅片式换热器的效率；主要包括换热面积变小（翅片变形通道受堵）、冷却电机不够力、换热器过脏等都会影响换热效果。

对冷却器进行检查后发现换热器底部翅片（冷却风进口），约有1/6面积的翅片有变形情况，冷风通道口堵死，多次进行修复后，效果不明显。

2.2改造设计方案剖析
2.2.1技术改造主要内容
1、改造后的冷却器所用材质需满足现场安装要求；
2、改造后的冷却器尺寸大小、管线接口能满足现场安装位置；
3、改造后的冷却器能满足机组滑油压力、流量、热交换需求，冷却效果能满足机组正常安全运行需求。

2.2.2冷却器主要参数：
最大油压7bar；
进口油温74度；
出口油温61度；
环境温度43度；
出口空气温度60度；
散热量520000BTU/H ；
油流量110GPM 。

根据以上机组基本参数，设计依据、计算过程及结果见表1：
表1.风冷系统
2.2.3润滑油热量计算：
润滑系统使用ISO VG46#润滑油，密度855kg/m3；散热油流量为110GPM 约等于416L/min ，进口温度74℃，环境温度44℃，散热量520000BTU/H 约等于152.4Kw 。

2.2.4对于润滑油侧：
热量计算公式（1）
（1） 其中，——散热量，Kw ；
——比热容，润滑油取；
T C Q ∆⋅⋅=m Q C ℃kg /131.2⋅=KJ C
——质量流量，KG/S ；
——温差，℃。

将已知条件代入公式（1），可得润滑油的温差。

因此油液出口的温度为。

2.2.5对于空气侧：
假设输入空气流量为12m ³/s ，散热器尺寸为1150mm ×1340mm ×140mm ，由此可计算得出散热器的内侧通道截面积为0.0326m ²，内侧散热面积为61m ²；外侧正面截面积为1.541m ²，外侧散热面积为140m ²；内外侧流体流速分别为0.2116m/s ，7.138m/s 。

考虑海上环境温度最高为43度，空气在43℃时密度取1.12kg/m ³，空气比热容1.02kJ/kg ℃，将数据代入公式（1）计算可得空气的
温差。

则散热器出口侧空气温度。

2.2.6换热计算： 根据内外侧流体的流速，可确定传热系数为70W/m 2℃；根据内外侧流体的进出口温度，按下式计算系统进行复合传热时对数温差：
（2）
其中，——润滑油进口温度，74℃；
——润滑油出口温度，61℃；
——空气进口温度，43℃；
——空气出口温度，56.34℃。

m T ∆℃13=∆T ℃61
1374=-=o T ℃34.13'=∆t ℃34.5634.1343'=+=o t i o o
i i o o i m t T t T t T t T t -----=∆ln )
()(i T o T i t o t
将已知数据代入公式（2），求得对数温差。

复合传热的实际换热量可由下面公式（3）计算：
（3）
其中，——复合传热系数，70W/m 2℃;
——散热面积，140m 2。

解得实际散热量。

2.2.7结论：
根据以上计算分析，散热器能满足散热要求。

2.2.8风扇选择：
由以上计算过程可知，对于同一款冷却器，冷却风量大，冷却器的散热能力就大；风量小，散热能力就小。

该冷却器属于关键设备，决定机组是否能够满发，冷却能力是关键的指标。

为了确保冷却效果，冷却器预留一定的冷却能力是非常必要的，可以保证改造的一次成功。

所以冷却风扇功率选择了11KW 电动机。

2.2.9尺寸结构方面：
冷却器和风机在制造厂进行安装，尺寸与原设备尺寸一致。

现场更换时将原有的冷却器和风扇组件拆除，利用原设备的支架将新设备更换上即可。

2.2.10项目实施
在前期技术研究阶段，人员认真查阅厂家C 文件，多次与承包商对热交换、流量、尺寸等细节探讨论证，确保国产滑油冷却器规格参数满足现场使用要求。

2015年12月4日，项目实施完成，经过三天的℃8.17≈∆m t m t F K Q ∆⋅⋅=0K F KW Q 4.1740=
帯载测试，透平滑油温度经冷却器冷却后温降21℃，比其它两台机组温降降低2-3度，冷却效果更佳，机组运行参数正常，冷却器国产化首次国产化改造取得圆满成功。

三、降本增效效果
1、节约维修成本，实现可观的经济效益。

原厂进口冷却器价格约
100多万元人民币，而国产冷却器改造价格为20.8万人民币，实现费用节约80万元。

四、主要创新点
1、改变维修思路，勇于尝试，通过自主研究，首次与国内厂家合
作，实现技术改造创新。

2、打破外方技术垄断，提高国产化自主维修水平，对透平机组国
产化维修进程具有重要意义。