淺談CNG加氣站壓縮機(jī)冷卻技術(shù)

鐘 慶,張琪云，趙曉娟

(1．華油天然氣股份有限公司，四川 成都 610100；2. 成都欣益嘉化工產(chǎn)品有限公司，四川 成都 610052)

淺談CNG加氣站壓縮機(jī)冷卻技術(shù)

鐘 慶1,張琪云2，趙曉娟1

(1．華油天然氣股份有限公司，四川 成都 610100；2. 成都欣益嘉化工產(chǎn)品有限公司，四川 成都 610052)

壓縮機(jī)冷卻是保證壓縮機(jī)使用性能和效率的重要環(huán)節(jié)，壓縮機(jī)性能的好壞直接影響到整個(gè)加氣站運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文介紹了3種常用的壓縮機(jī)冷卻方法及適用場(chǎng)合，并通過(guò)閉式水循環(huán)系統(tǒng)冷卻技術(shù)在CNG加氣站的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)比分析了閉式水循環(huán)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的開(kāi)式水循環(huán)系統(tǒng)在CNG加氣站應(yīng)用中的性能優(yōu)勢(shì)和價(jià)值優(yōu)勢(shì)。

CNG加氣站；壓縮機(jī)；冷卻；閉式水循環(huán)

壓縮機(jī)是整個(gè)CNG加氣站的心臟，是將原料天然氣壓縮加壓使之壓力升高而不大于25MPa的設(shè)備，天然氣壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，天然氣經(jīng)壓縮后，壓力升高，氣體溫度升高，氣缸和填料的工作表面溫度升高，機(jī)身潤(rùn)滑油溫度也隨之升高。因此，在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要進(jìn)行級(jí)間、終級(jí)、氣缸、填料、潤(rùn)滑油等的冷卻，保證壓縮機(jī)有一個(gè)完美的熱力循環(huán)，使高溫零件得以降溫，潤(rùn)滑油溫不致過(guò)高而降低潤(rùn)滑性能等[1]。

目前CNG加氣站采用的壓縮機(jī)冷卻技術(shù)主要有：風(fēng)冷式、水冷式和水風(fēng)混合冷卻式(以下簡(jiǎn)稱混冷式)等3種。

1 CNG站常用的壓縮機(jī)冷卻方式[2]

1.1 風(fēng)冷式

風(fēng)冷式壓縮機(jī)的壓縮天然氣采用冷卻器強(qiáng)制風(fēng)冷，氣缸與填料采用自然冷卻，潤(rùn)滑油在管路中閉式循環(huán)，高溫油管路采用強(qiáng)制風(fēng)冷。風(fēng)冷式壓縮機(jī)比較適用于寒冷地區(qū)及缺水地區(qū)。風(fēng)冷式壓縮機(jī)系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 風(fēng)冷式壓縮機(jī)工作流程圖

1.2 水冷式

壓縮天然氣、氣缸與填料水套和潤(rùn)滑油采用開(kāi)式(閉式)循環(huán)水冷卻。冷卻循環(huán)水因冷卻氣體、氣缸與填料水套、潤(rùn)滑油而升溫后，再送至冷卻塔在環(huán)境空氣中冷卻降溫，然后再通過(guò)水泵進(jìn)行循環(huán)使用。水冷式壓縮機(jī)系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 水冷式壓縮機(jī)工作流程圖

開(kāi)式水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)水冷卻塔采用風(fēng)機(jī)促進(jìn)蒸發(fā)降低水溫。由熱交換器來(lái)之高溫冷卻水淋灑于散熱材表面，直接與空氣接觸，其熱量直接由空氣帶走，根據(jù)水溫指標(biāo)，控制風(fēng)扇的開(kāi)啟，達(dá)到冷卻的目的。冷卻水常被吹失，必須不斷補(bǔ)給新鮮水。

閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)采用封閉式冷卻設(shè)備，循環(huán)水在管中流動(dòng)，管外通常用二次冷卻水或風(fēng)散熱。除換熱設(shè)備的物料泄漏外，沒(méi)有其他因素改變循環(huán)水的水質(zhì)。為了防止在換熱設(shè)備中造成鹽垢，有時(shí)冷卻水需要軟化。為了防止換熱設(shè)備被腐蝕，常加緩蝕劑，檢修時(shí)排放的冷卻水應(yīng)妥善處置。

1.3 混冷式

混冷式壓縮機(jī)的各級(jí)排氣后的氣體、機(jī)身潤(rùn)滑油等的冷卻采用閉式循環(huán)水冷卻。閉式循環(huán)是指循環(huán)水始終處于密閉系統(tǒng)內(nèi)，循環(huán)水的熱量通過(guò)冷卻器上的風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制換熱冷卻?；旌侠鋮s是指壓縮機(jī)靠水冷卻、水靠風(fēng)扇冷卻的混合冷卻方式?；炖涫綁嚎s機(jī)系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 水冷式壓縮機(jī)工作流程圖

三種CNG站壓縮機(jī)冷卻方式在工業(yè)上均有應(yīng)用，水冷式效果最好，水風(fēng)混冷式效果其次，風(fēng)冷式效果較差。與水冷式相比，風(fēng)冷式、混冷式具有制造成本較高，振動(dòng)和噪音較大，運(yùn)行冷卻效果較差等特點(diǎn)。水冷式占地面積較大，但冷卻效果最好,在CNG加氣站中應(yīng)用較為廣泛。風(fēng)冷式CNG壓縮機(jī)具有全天候地域運(yùn)行的極強(qiáng)適應(yīng)性，在水冷式壓縮機(jī)難以適應(yīng)的高寒、缺水地區(qū)也能正常工作，表現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)冷式冷卻法在高海拔高寒地區(qū)應(yīng)用較多。

2 壓縮機(jī)水冷卻技術(shù)在CNG站應(yīng)用實(shí)例

目前，水冷式分為開(kāi)式水循環(huán)系統(tǒng)和閉式水循環(huán)系統(tǒng)2種。傳統(tǒng)的開(kāi)式水循環(huán)系統(tǒng)存在腐蝕、結(jié)垢、清洗、防凍、能耗高等一系列問(wèn)題；閉式水循環(huán)系統(tǒng)則有效地解決了開(kāi)式水循環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

某CNG加氣站原采用50噸主機(jī)冷卻塔開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，開(kāi)式冷卻循環(huán)系統(tǒng)的冷卻原理是由熱交換器來(lái)之高溫冷卻水淋灑于散熱材表面，直接與空氣接觸，其熱量直接由空氣帶走以達(dá)降溫效果。如圖4所示。開(kāi)式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中循環(huán)水流與大氣接觸，灰塵、微生物等進(jìn)入循環(huán)水，以及二氧化碳的逸散和換熱設(shè)備中物料的泄漏等原因，循環(huán)水濁度變高、懸浮物含量高、硬度較高，甚至含油，菌藻滋生嚴(yán)重，水質(zhì)較差。為此，循環(huán)冷卻水常需進(jìn)行沉積物控制、腐蝕控制和微生物控制，生產(chǎn)成本增高。且由于水分蒸發(fā)，循環(huán)水濃縮促進(jìn)鹽分結(jié)垢，冷卻水的循環(huán)使用，對(duì)換熱器帶來(lái)腐蝕、結(jié)垢和粘泥問(wèn)題，尤其是管間環(huán)隙結(jié)垢相當(dāng)嚴(yán)重，甚至被堵死，冷卻效果極差，對(duì)壓縮機(jī)的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期運(yùn)行構(gòu)成了較大危害[3]。長(zhǎng)期使用后，該站壓縮機(jī)效率降低，耗電量增加，維護(hù)成本增加，清洗頻率增加，清洗藥劑使用量增多，嚴(yán)重影響了該站的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

圖4 原開(kāi)式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工作流程圖

由于該加氣站運(yùn)行年限較長(zhǎng)，冷卻塔使用時(shí)間較長(zhǎng)，在原冷卻塔的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造費(fèi)用較高，且無(wú)法從根本上解決腐蝕、結(jié)構(gòu)、冷卻效果差等問(wèn)題。因此該站引進(jìn)閉式循環(huán)水冷卻塔，通過(guò)技術(shù)改造將原開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改為閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，閉式冷卻循環(huán)系統(tǒng)的冷卻原理是由熱交換器來(lái)之一次側(cè)高溫冷卻水，進(jìn)入冷卻塔之冷卻盤(pán)管內(nèi)循環(huán)，冷卻塔另有二次側(cè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，即一次側(cè)冷卻水之熱量經(jīng)由二次側(cè)冷卻水吸收，二次側(cè)冷卻水之熱量再由空氣吸收帶走，以達(dá)降溫效果。如圖5所示。

圖5 閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)工作流程圖

該CNG加氣站經(jīng)過(guò)改造后，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率大大提高。全年可節(jié)省用電4萬(wàn)度，節(jié)省用水50方，全年節(jié)約水電費(fèi)約6萬(wàn)元，全年節(jié)約循環(huán)水加藥費(fèi)約0.4萬(wàn)元，全年節(jié)約維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)約0.2萬(wàn)元，全年降低生產(chǎn)成本約6.6萬(wàn)元。設(shè)置開(kāi)放式冷卻塔約兩年之花費(fèi)即同密閉式冷卻塔。

對(duì)于北方嚴(yán)寒地區(qū)采用閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，為避免冬季二次側(cè)冷卻水結(jié)冰，可考慮在冷卻水塔增設(shè)電加熱器和溫度傳感器，當(dāng)溫度低于某設(shè)定臨界溫度時(shí)，電加熱器自動(dòng)啟動(dòng)；當(dāng)冷卻水溫度高于某設(shè)定臨界溫度時(shí)，電加熱器自動(dòng)關(guān)閉。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水冷式冷卻效果最好,在CNG加氣站中應(yīng)用較為廣泛。前文中某CNG加氣站依靠開(kāi)式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢、清洗、維護(hù)費(fèi)高等一些列問(wèn)題。在引進(jìn)了閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)后，避免了水垢侵入主機(jī)熱交換器內(nèi)造成難以克服的阻抗，避免了熱交換器內(nèi)結(jié)垢造成阻塞，減少循環(huán)水的排放量和飛濺損失，減少了藥劑使用量，減少了環(huán)境污染，降低了維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，保障了CNG加氣站安全、高效、平穩(wěn)運(yùn)行。

[1] 陳全樹(shù).壓縮機(jī)級(jí)間冷卻對(duì)能耗及脫水效果的影響[J].煤氣與熱力，2010，30(7)：01-03.

[2] 王志峰,申小軍,于英蓮. 東北地區(qū)CNG壓縮機(jī)冷卻方式的選擇[J]. 煤氣與熱力, 2011 , 31 (8) :23-26.

[3] 馮興全，等.全水冷CNG壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕控制及技術(shù)改進(jìn)[J]. 壓縮機(jī)技術(shù)， 2002 (6) :33-35.

IntroductiontoCNGGasCompressorCoolingTechnology

ZhongQing1，ZhangQiyun2,ZhaoXiaojuan1

(1.China Natural Gas Co. Ltd., Chengdu 610100,China; 2. Chengdu Xin Yi Jia Chemical Products Co.，Ltd.,Chengdu 610052,China)

Compressor cooling is the important link to ensure the compressor performance and efficiency，the compressor performance has a direct impact on the whole stations running reliability and economy. This paper introduces three kinds of commonly used compressor cooling method and the applicable occasions，and through the application examples of the Closed water circulation system Cooling technology in the CNG stations , to comparative analyze the performance advantage and value advantage of the Closed water circulation system and the traditional open water circulation system.

CNG stations;compressor;cooling;closed water circulation

2017-09-20

鐘 慶(1968—)，四川自貢人，助理工程師，主要從事石油天然氣相關(guān)技術(shù)工作。

TH45

A

1008-021X(2017)22-0105-03

(本文文獻(xiàn)格式：鐘慶,張琪云，趙曉娟.淺談CNG加氣站壓縮機(jī)冷卻技術(shù)[J].山東化工，2017，46(22)：105-107.)