空气预冷机制冷系统故障分析及对策研究

空气预冷机制冷系统故障分析及对策研究

赵少航

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摘要：空分设备广泛应用于机械、冶金、石化、新型煤化工、建材、航天与医疗等各个重要的国民经济领域，已是国家重大装置，其可以分离生产氧、氮、氩等多种工业或民用气体。纯化系统一般采用“变温吸附”工艺，它可以吸附掉空气中的剩余的水份和二氧化碳，经纯化处理后的空气再送入膨胀系统、精馏系统，精馏后的气体为最终产品气体。如果预冷机停机，冷却工序送出的压缩空气温度会超温，会导致纯化工序净化后的空气指标超标，根据参考文献,纯化器前的空气温度过高，乙炔等碳氢化合物未清除彻底甚至会引起空分塔的爆炸，此外，链式作用对后面所有各级的设备都带来负面影响，如缩短设备使用寿命，增加设备的维护次数及成本等，更为直接的是影响最终的供气可靠性。

关键词：空气预冷机；制冷系统；故障；对策

制冷系统故障处理较为复杂，影响因素较多。在排除设备故障时，首先要对其结构和工作原理进行清楚的分析，找出故障现象可能的原因，并逐一排除可能的原因。根据冷凝器的类型，空气预冷器可分为水冷式和风冷式。分析了水冷式压缩空气预冷系统的几种典型故障，并提出了相应的解决方法。

1.冷却能力不足

在制冷系统正常工况下，参与热交换的冷却水量不足，导致制冷剂压力高。

原因分析：冷却水过少或冷却水温度过高，会导致传热中冷却能力不足。由于制冷能力不足，压缩后的制冷剂不能及时从气态冷凝到液态。大量的高温气体制冷剂会引起制冷剂压力高、制冷效果差等一系列问题。

解决方法：调整冷却水阀，增加进水量；疏通清洗凝汽器换热管，增加进出水压差；降低冷却水进口温度。

2.制冷系统无泄漏，制冷剂低压过低

原因分析：冷却水过多，冷却水温度过低，会导致冷却水量过大。由于制冷量过大会使压缩后的制冷剂变成液体，因此制冷剂的高压会过低。

解决方法：调整冷却水阀，减少进水量；提高冷却水进口温度。

3制冷系统泄漏

3.1蒸发器芯以外的铜管或仪表接头处泄漏

如在停机状态下冷媒高压、冷媒低压会逐渐降低直至为0,导致无法开机；在开机状态下则会出冷媒压力低于正常工作压力，伴随冷媒压力故障灯亮，导致无法开机。

判断方法：检查制冷系统铜管及接头处，漏点处显示出油迹，用肥皂水检漏则出现冒泡现象。

解决办法：将可回收的冷媒回收至冷凝器中，放掉系统内剩余的冷媒，对泄漏点进行焊接或处理，处理后进行充氮气打压，保压合格后抽真空并添加冷媒。

3.2蒸发器铜管破裂造成泄漏

蒸发器是制冷系统的主要换热装置，因其换热在壳体内部工作，无法目视，该故障难以判断，维修难度大。

现以管壳式蒸发器的预冷机为例加以说明，压力较高的压缩空气(一般在0.7MPa左右)进入蒸发器的壳程，压力较低的冷媒蒸汽(一般在0.4MPa左右)进入蒸发器的管程，管程压力比壳程压力低。预冷机在运行中如果发生蒸发器铜管破裂，压缩空气就会从破裂处侵入铜管，并随同冷媒蒸汽吸入压缩机。空气是一种不凝性气体，它存在于冷媒系统会使冷凝压力在很短时间内快速上升，但冷凝温度又不很高，导致预冷机跳闸，蒸发器的问题如果处理不及时，会大概率的导致压缩机损坏。

预冷机停止工作时，管内冷媒压力达到与环境温度对应的值，而蒸发器壳体中因无压缩空气通过，保持为大气压力。此时高压冷媒会很快从铜管破裂处泄漏。

实际工作中，蒸发器铜管发生破裂的现象并不罕见，通常由焊接不良，铜管本身缺陷、运输振动、脉冲气流冲击、蒸发器气路堵塞、操作不当等原因引起，是预冷机的一种严重的内部故障，隐蔽性很强，现场很难判断及处理。所以，在制作、运输及使用过程中要特别当心。同时现场空气中含有腐蚀性气体，特别是氨气对铜管的腐蚀性尤为强烈。寿命有较大影响，使用在化工厂环境中蒸发器的寿命要大大缩短。

3.2.1蒸发器铜管破裂的判断方法

由于蒸发器的铜管布置在壳体中，很难目测是否有裂纹和泄漏。先排除外围铜管、接头、膨胀阀、视镜阀的泄漏，再检查蒸发器内铜管是否泄漏。

判断方法一：停止预冷器后，关闭预冷器进出口压缩空气阀，打开冷凝器冷凝水排放阀，观察制冷剂压力变化。如果制冷剂低压逐渐降至0，则确定蒸发器中的铜管有泄漏。

判断方法二：预冷器停止后，关闭进、出口空气阀，排出系统中的制冷剂，使制冷剂压力降至0，然后打开进、出口空气阀，观察系统中制冷剂的压力高低。如果制冷剂压力逐渐升高并最终与进入蒸发器的空气压力保持一致，则证明蒸发器铜管有泄漏。

判断方法三：如果蒸发器、冷凝器外铜管无泄漏，但仍无法判断蒸发器是否泄漏，则采用整体保压或分段保压的方式。蒸发器外铜管的泄漏可通过全保压检漏确定。如果不能确定外部泄漏，可通过保压试验确定蒸发器和冷凝器。

3.2.2原因分析

如果是新的预冷器，蒸发器泄漏可能是由于运输过程中的振动引起的，可能导致铜管焊缝开裂或接头断裂；或生产过程中的焊接质量问题。可以修复；如果蒸发器使用2-3年后发生泄漏，则可能发生在进气口和铜管与蒸发器壳体之间的支撑部分，这可能是由于运行中的空气侵蚀和振动造成的。如果只有几个泄漏点，可以修复；如果使用5年以上的蒸发器发生泄漏，可能是泄漏部位仍在进气口。如果用氮气检查几个泄漏点，说明铜管腐蚀严重（工厂周围空气中含有酸性气体），管壁很薄，由于气流的侵蚀而发生砂眼泄漏。尤其是翅片根部出现较多，那么蒸发器就没有维修价值，勉强维修久了会再次泄漏，同时会对压缩机造成损坏。

3.2.3解决方案

1）检查有无泄漏。在蒸发器的翅片和换热管上涂浓肥皂水，压力为2.2MPa。如果气泡在几分钟内溢出，则证明该位置存在泄漏。如果检测不到，在保持蒸发器压力后，可以将蒸发器浸入水箱中。通过起泡检查泄漏点。判断漏点后，立即将其吊离水面并做标记，铜管进行焊接修复。由于纯铜导热性好，容易形成未焊透、焊接应力大、变形大等缺陷。采用钎焊工艺可以有效地减少这些缺陷的形成。此外，切记不要将蒸发器浸泡在没有氮气的水中。当氮气不可用时，水将泄漏到蒸发器的铜管中。一旦进入，很难清洗。维修后会影响压缩机的使用寿命和制冷系统的正常运行。

2）拉出蒸发器芯，用氮气检查泄漏点。根据泄漏量判断蒸发器的修复价值。确定是否有可修复性。

3）如果焊缝开裂，则通过焊接进行修理。

4）如果支撑件磨损和开裂，则进行修理。不能用焊接修复的泄漏，可用铜塞将一组或两组换热管密封。

5）试验压力达到2.2mpa，保温时间大于24h。

结论

总之，压缩空气预冷机日常操作要做到平稳运行操作，不超压、不超温、不超负荷，严格按工艺要求操作;定期的对预冷机进行维修与维护，及时发现并排除故障隐患。良好的日常维护和快速准确地维修，是确保压缩空气预冷机工作效率的有效措施。

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