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滑油冷却器国产化改造设计与实施

  滑油冷却器国产化改造设计与实施_能源/化工_工程科技_专业资料。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

  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: 项目 流体名 流量 1 称 流量 2 要求散 进口温 热量 风扇 度 电机功 率 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) Q ? C ? m ? ?T 单位 —— L/min m /s Kw ℃ —— —— 3 热侧 润滑油 416(110GPM) —— 74 11Kw 表1.风冷系统 冷侧 空气 —— 11(400Pa 风压) 43 152.4(520000BTU/H) 167.6(10%余量) φ 1000/6-6/20°/PAG/6ZL (1) 其中, Q ——散热量,Kw; C ——比热容,润滑油取 C ? 2.131KJ / kg ? ℃; m ——质量流量,KG/S; ?T ——温差,℃。 将已知条件代入公式(1) ,可得润滑油的温差 ?T ? 13℃ 。 ℃。 因此油液出口的温度为 To ? 74 ?13 ? 61 2.2.5对于空气侧: 假设输入空气流量为12m?/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?,内侧 散热面积为61m?;外侧正面截面积为1.541m?,外侧散热面积为140m ?;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 ?,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 ?t ? 13.34℃ 。 则散热器出口侧空气温度 t ? 43 ? 13.34 ? 56.34℃。 o 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/m2℃;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: ?t m ? (Ti ? t o ) ? (To ? ti ) T ?t ln i o To ? ti (2) 其中, Ti ——润滑油进口温度,74℃; To ——润滑油出口温度,61℃; t i ——空气进口温度,43℃; t o ——空气出口温度,56.34℃。 将已知数据代入公式(2) ,求得对数温差 ?t m ? 17.8℃。 复合传热的实际换热量可由下面公式(3)计算: Q0 ? K ? F ? ?tm (3) 其中, K ——复合传热系数,70W/m2℃; F ——散热面积,140m2。 解得实际散热量 Q0 ? 174.4KW 。 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 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。赌博网站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。