管壳式油冷器的常见故障有哪些？

一、换热效率下降

故障现象

• 油出口温度升高，冷却介质（如水）进出口温差减小，系统需增大冷却流量才能维持油温。

• 传热系数（K）降低，相同工况下传热量（Q）明显减少。

主要原因

1. 换热管内外结垢

• 油侧：润滑油长期高温运行产生氧化沉积物、积碳或机械杂质（如金属碎屑），附着在管外壁形成油泥。

• 水侧：冷却水中钙镁离子形成水垢（碳酸钙、硫酸钙），或微生物繁殖形成生物黏泥，堵塞管内壁。

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2. 流体流速过低

• 油泵或水泵故障导致流量不足，油或水在管壳内呈层流状态，传热系数（h）显著降低。

3. 内部短路或旁流

• 折流板松动、管束与壳体间隙过大，油流未充分冲刷管束，通过 “旁流通道” 直接流出，有效换热面积减少。

4. 介质泄漏混合

• 换热管破裂或管板焊缝泄漏，油与水互窜，一方面污染介质，另一方面导致两侧流体温差减小（如油中进水后比热容增大，温降变慢）。

处理方法

• 清洗除垢：油侧用化学清洗剂（如碱性除油剂）循环冲洗，水侧用酸洗（如柠檬酸）或高压水射流清除垢层；

• 检查流速与压力：修复或更换泵，确保油速≥0.5m/s、水速≥1.5m/s，维持湍流状态；

• 修复内部结构：紧固折流板、更换磨损管束，或在壳体与管束间加装密封条减少旁流。

二、设备泄漏

故障现象

• 油侧压力下降、水侧出现油花（油漏入水），或冷却水从放油口排出（水漏入油）；

• 壳体或管程法兰、焊缝处可见液体渗漏。

主要原因

1. 换热管损坏

• 固定管板式结构中，油与水温差过大（如 ΔT＞50℃），管束与壳体膨胀量不一致，导致管板与管子连接处拉脱或管体开裂。

• 冷却水入口未加装防冲挡板，高速水流直接冲击管束，导致管端磨损减薄（尤其 U 形管弯管处）；

• 油中携带金属颗粒（如轴承磨损碎屑），长期冲刷管外壁形成沟槽。

• 水侧：冷却水中氯离子（Cl⁻）超标，导致不锈钢管发生点蚀或应力腐蚀（如 304 不锈钢在 Cl⁻＞25ppm 时易腐蚀）；

• 油侧：酸性油（氧化变质后酸值升高）腐蚀铜管或钢管内壁。

• 腐蚀穿孔：

• 冲刷磨损：

• 热应力破裂：

2. 密封失效

• 管板与换热管胀接或焊接处松动（如胀接应力松弛、焊接裂纹）；

• 壳体法兰、管箱法兰垫片老化（如橡胶垫片高温碳化），或螺栓紧固力不均匀。

处理方法

• 堵漏或换管：

• 单根管子泄漏时，可用金属堵头（胀接或焊接）封堵管口，但堵管数量不宜超过总管数的 10%，否则需整体更换管束；

• 大面积腐蚀或磨损时，需更换管束（如选用耐蚀的钛管、双相不锈钢管）。

• 修复密封：

• 重新胀接或补焊泄漏的管头，必要时采用强度焊 + 贴胀工艺；

• 更换耐油、耐高温垫片（如金属缠绕垫），对称均匀紧固法兰螺栓。

• 结构改进：

• 对固定管板式，增设膨胀节缓解热应力；对浮头式，检查浮头盖密封面是否磨损。

三、压力降异常

故障现象

• 油侧或水侧压降（ΔP）突然增大，超过设计值（如 ΔP＞0.15MPa）；

• 泵出口压力升高，系统流量下降，可能伴随异常振动或噪音。

主要原因

1. 管路堵塞

• 换热管内被垢层、杂物（如焊渣、纤维）堵塞，尤其是多管程结构中某一程堵塞，导致局部流速激增、压降骤升。

2. 折流板变形或移位

• 长期振动导致折流板螺栓松动、脱落，或折流板厚度不足被油流冲弯，改变流道截面积，增加流动阻力。

3. 介质黏度异常

• 油温过低（如启动时）导致油黏度急剧升高，壳程流动阻力增大；

• 冷却水中混入油污形成乳浊液，管程黏度增加、流动性变差。

处理方法

• 疏通管路：拆开管箱，用通球法（直径略小于管径的橡胶球）清理堵塞的管程；壳程可通过反冲法（从出口通入高压油或水）清除杂物。

• 加固折流板：更换加厚折流板，或增加折流板数量（缩短间距），减少振动变形风险。

• 预热或过滤介质：启动前预热润滑油至适宜温度（如 40℃以上），冷却水管路加装过滤器（精度≤50μm）拦截杂质。

四、振动与噪音

故障现象

• 壳体或管路发出异常振动（频率与流体流速相关），伴随 “嗡嗡” 或 “咔嗒” 声；

• 长期振动可能导致管束断裂、法兰松动或壳体疲劳裂纹。

主要原因

1. 流体诱导振动

• 壳程油速或管程水速接近临界流速，引发卡门涡街（Vortex Shedding），导致管束横向振动；

• 折流板间距过大（如超过管径 12 倍），管束 unsupported span 过长，固有频率与流体激励频率共振。

2. 机械安装问题

• 管束与壳体不同心，部分区域间隙过大，油流通过时产生湍流脉动；

• 管路支架松动或刚度不足，无法抑制流体脉动引发的振动。

处理方法

• 调整流速：通过阀门调节流量，使油速 / 水速远离临界流速（经验公式：临界流速 u_c≈St・d・f，其中 St 为斯特劳哈尔数，d 为管径，f 为固有频率）。

• 优化折流板：

• 减小折流板间距，增加管束支撑点，提高固有频率；

• 采用消振杆或阻尼杆（插入管束之间的金属杆），吸收振动能量。

• 加固管路：增设刚性支架，缩短管路悬臂长度，避免共振。

五、其他典型故障

预防措施与维护建议

1. 定期监测与记录：

• 每日记录油温和冷却水温、进出口压力、流量等参数，建立趋势分析表，及时发现异常波动。

2. 制定清洗周期：

• 对易结垢的冷却水系统，每 3~6 个月化学清洗一次；对润滑油系统，结合大修周期（如每年一次）进行油侧清洗。

3. 介质品质控制：

• 冷却水控制 Cl⁻＜50ppm、pH=6.5~8.5，定期投加缓蚀阻垢剂；润滑油定期过滤（精度≤10μm），监测酸值、黏度等指标。

4. 备用设备轮换：

• 对双台并联的油冷器，定期切换运行，避免单台长期负荷运行导致部件老化不均。