DA型空压机中间冷却器的改型设计

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原设计轧制月片管
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制妞机百年华诞皿气体总网技术文流会论文集（０３４ ２０．）
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注： 括号中的重遥为上述空压机增加气量，为满足传
热要求而增加管束组后的重ｔｏ
１ ８ｍ ｚ 和 １ ７ｒ ２。冷却后温度较低，压 ９ ｍ Ｈ。 ０ ｍ Ｈ０ ５ ４ ｎ 缩机得以 在设计工况下操作运行， 满足了空分对空 气量的 要求， 保证了产品气的 产童。 另外， 叠片式翅片管传热元件的 结构形式还具 有一定的冷凝水分离效果， 如再加上高 效的辅助冷 凝水分离器， 整体冷凝水分离效果更好， 使得压缩 机能够长期安全运行， 延长了压缩机某些重要零部
加１ ０ １ 冷却水耗量减少， ％一 ５ ％， 进塔空气温度
满足设计要求， 产品气量得以 提高， 使用户获得巨 大的 经济效益，同时也提高了 我公司该类空压机的 整体性能。 以上叙述及性能参数比 较， 也为空压机的改型 设计提供了 重要的参考。 根据不同的 要求， 为原机 型转子等的 改进， 进一步提高产品气产量， 减少改 造费用， 也提供了可靠的 保证。一些还在使用的该 型号机组产品的 用户， 我们也可根据具体机组， 做 更详细的技术比较、分析。
１ Ａ型空压机存在的问题 Ｄ
这类空压机是仿前苏联的产品， 每两级压缩后 进行一 次中间冷却， 设计陈旧， 原始设计参数与我 国实际运行的大气条件有较大的差异。另 外， 运行 时冷却水温 （ 特别是南方地区）较高， 造成冷却器 传热温差减小， 传热面积不足， 冷却效果较差， 致 使压缩机末端排气量下降， 使得该机组的 前期产品 在实际运行中 存在较多的问题。 都在这类型空压机中间冷却器方面，由于技术 陈旧， 在实际运行中儿乎所有的冷却器排气温度在 ５℃一 ０ ５ ９℃之间，冷却器换热效果较差， 气量不 足。特别是 Ｄ ２０ Ｄ ３０ Ａ０， ５ 型空压机中间冷却器， Ａ 除原设计冷却水温过低外， 其主要原因是由 于结构 设计不合理， 造成气体短路， 气侧阻力损失较大。 冷却器排气温度过高， 又导致压缩机在严重偏离设 计工况下运行， 使得压缩机的气量下降，能耗增 加、 运转费用较高， 成为直接影响压缩机整体机组 性能的瓶颈问题。 通过计算表明， 级间冷却温度每 降低３ ， ９ 则压缩机功耗可减少 １ Ｃ ％。所以， 提高 冷却器的 换热效果， 对提高压缩机的产量及降低能 耗具有重要的意义。
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原设计冷却器传热元件
新设计 后冷却器传热元件
〔 式翅片管）重盘 盈片 ｇ ｋ ／
１７ １０
３３ ｍ ２ 和２２１ Ｈ０ 加之冷却后温度较高， ８ ｍ Ｈ０ ７３＂ ２ ０ ｒ ， ｎ
空气出各级冷却器后密度减小， 体积流量增大，使 得压缩机各段 （ 级）的进气量减少，直接造成压缩 机末端排气量的减少， 使得产品气的产量下降。而 相应的， 采用叠片式翅片管为传热元件的中间冷却 器传热面积富裕系数较大，阻力降较之分别减少
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制饭机百年华诞豆气体总网技术交流会论文集（０３４ ２０ ．）
李建伟：Ｄ Ａ型空压机中间冷却器的改型设计 表 １ Ａ型空压机中间冷却骼结构性能参数对比 Ｄ
挖潜改造
Ｄ Ａ型空压机中间冷却器的改型设计
李 建 伟 （ 开封空分集团有限公司，开封市公园路 ２ 号 ４５０） ８ ７０２
摘要：对 Ａ型空压机中间冷却器的内 Ｄ 部结构及传热元件进行 了 分析比较，通过改型设计 对两种传热元件的热力性能进行了比较， 取得了 较好效果，并列举了 成功的改造实 例。 关键词：Ｄ Ａ型空压机；中间冷却器；结构； 传热元件；改型设计；成功改造实例 开封空分集团有限公司 Ｄ Ａ型系列离心式空压 机， Ｄ ２ ，Ａ５ 等， 包括 Ａ０ Ｄ ３ ０ ０ 主要是２ 世纪７ 年代生 ０ ０ 产、 １ ０３ ０＇ 空分设备配套的三段六级两 为 ５ ， ０ｍ／ ０ ２ ｈ 级中间冷却的单轴型离心式原料空气压缩机。 的经验，提高设计制造水平；另一方面不断地学习 和借鉴国外的一些同类产品的设计制造先进技术， 使开空公司换热器的设计和制造技术有了很大的提 高， 并逐渐形成了自己的 特点， 特别是对这类压缩 机中间冷却器的内部结构进行了改进设计，主要是 对冷却器的密封结构和传热元件进行 了较大的改 进， 使得空压机组的整体性能有了 很大的提高。 ２１ 对密封结构进行改造 ． 旧的空压机中间冷却器壳体为方箱形结构， 冷 却器芯体水平推入后与空气人口 侧间隙较大， 气流 易短路而得不到充分冷却， 使得空气冷却后温度较 高。为此， 在芯体与空气人口 侧加装密封结构， 克 服了 气流的短路现象， 冷却效果明显提高， 对提高 空压机的效率和增加空气量均有显著的效果。 ２２ 对冷却器芯体进行改型设计 ． 以往生产的为 １ ０ ３０．／ 空分设备配套 ５ ， ０＇ｈ ０ ２ 的Ｄ 型离心式空压机中间冷却器，由于采用整体 Ａ 轧制的翅片管为 传热元件， 单位长度、 单位体积传 热面积小， 阻力大， 长期运转后， 造成压缩机压比 下降， 末端排气压力较低， 产品气产量下降。芯体 的改型设计是利用原冷却器壳体、水室， 仅对传热 元件进行改型， 采用矩形叠片式翅片管束传热元 件， 在有效的空间体内大大增加了 传热面积， 减少 了阻力， 提高了 冷却效果， 保证了 压缩机排气压力 的要求， 提高了产品气的产量， 并且为压缩机的改 进设计、 进一步提高产品气产量提供了可靠的保 证。通过详细的热力计算， 两种传热元件芯体的结 构性能参数对比 结果如表 ｔ ｏ
如改为铝制叠片， 则传热元件的 重量会有更大 的减少， 设备的制作成本会有更大的降低。 另外。 原冷却器芯子管板与换热管的连接为铺 锡焊接， 一方面消耗了大量的金属锡， 另一 方面， 在焊接过程中 熔化的锡容易堵塞传热管， 造成传热 面积减少、 长期运行后存在焊缝失效造成串 漏， 影 响冷却器的整体性能。改型设计后，管 板与 换热管 的连接改为可靠的胀接，克服了上述的缺陷。 通过对比， 采用整体叠片式翅片管作为传热元 件的中间 冷却器芯体替代以 往的 轧制翅片管作为传 热元件的中间冷却器芯体， 并加装密封结构。由 于 冷却后温度低， 阻力降小， 可使压缩机的排气量增
通过 以上结构性能参数对 比，可以看 出， Ｄ ２０ Ｄ ３ 型轧制翅片管中间冷却器传热面积 Ａ０， ５ Ａ０ 严 重 不 足，两 次 冷 却 后 阻 力 降 分 别 高 达
表２ 盛 冷 器（ 个 台 却 两 芯子） 热元 铜材的 ｆ对比 传 件 盆
护＋ （ 制翅片管）重ｆ／ｇ ｎ轧 ． ｋ
新设计至片翅片管
原设计轧制翅片管
Ｄ ３０ Ａ５
４ ．９ ７１
－１ ． １４ ５ ．６ ８２ ５ ３ ２．６ ７ ５ ９．
新设计全片翅片管
原设计轧制翅片管
Ｄ ４０ 声０
７ ４ ５２ ８ ．６ ４５ ５ ．６ ７２
新设计至片翅片管
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表中： 一砖热面 时；一一 １ ‘ 积． Ｋ 传热系 ｋ ｌ ｈＫＶ 管侧 数，ａ 廿＂＂； ｃ／ － 水流速． ； Ｍａ ｉ ４ ‘一空气侧阻力降 ｍ ｌ０。 一 传热面积富 ｎ， 一一 ｉ； 裕系 ％ 数， 。
２ 针对存在问题， 改进冷却器设计
针对以上问 题， 对这类空压机中间冷却器的运 行讲行了探人的调查及研究、一方面不断总结自己
收稿日 ２０ 一 ２ ３ 期： ０２ １一 ０ 作者简介： 李建伟 （９４ ） １ 一 ，男，１ ８ ６ ９ 年毕业于西安交通大学化工学院化工机械专业，１ ４ ８ ９ 年毕业于西安交通大学 ９ 化工学院化学工程专业，硕士， 进开空分司从事压力容器、板翅式换热器、各类管壳式换热器设计，高级工程师。
工 级
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挖潜改造
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型号
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件如转子的寿命。
３ 一个成功改型设计实例
福建三明钢厂 “２０ ３ ”空分改造就是成功的实 ０ 例。我公司改造三明钢厂 ３ ０＇ ２ ｍ／ 空分设备， ０ ｈ 改 造后要求氧气产量由 ３ ０＇ ２ ．／ 提高到 ４０．／ ， ０ ｈ ５ ＇ｈ ０ 原空压机型号为我公司的 Ｄ ３０ Ａ５ 型，改造后相当 于Ｄ４０ 空压机排量有较大增加。原配套的 Ａ５ 型， 中 间却器的 传热面积远达不到空压机改型后对其的 要求。另外， 通过计算， 空气量增加后，阻力增加 几倍， 无法满足空压机的要求。改为叠片式翅片管 传热元件的 结构形式后， 传热面积增大一倍， 阻力 降大为减少、 冷却效果满足空压机的要求。 通过改型设计 制造成本亦有下降。表 ２ 为整 台冷却器（ 两个芯子） 传热元件铜材的 重量对比 。