聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化改造分析

蔣俊　余國(guó)平

摘 要：某燃機(jī)廠(chǎng)聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)冷卻水現(xiàn)由閉冷水供應(yīng)，停機(jī)期間除了空壓機(jī)其余系統(tǒng)均不需要供水，造成浪費(fèi)。本文就此背景下，利用某燃機(jī)廠(chǎng)空壓機(jī)房離#1冷卻塔較近的便利，設(shè)計(jì)了將換熱器置于冷卻塔底部，不需要外部強(qiáng)冷的空壓機(jī)單獨(dú)冷卻水運(yùn)行方案，減少了廠(chǎng)用電浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);冷卻;換熱器

0 引言

無(wú)論機(jī)組停運(yùn)與否，聯(lián)合循環(huán)空氣壓縮系統(tǒng)是需要常年保持運(yùn)行的系統(tǒng)。目前，空壓機(jī)冷卻水來(lái)源是閉冷水，故機(jī)組停運(yùn)狀態(tài)下閉式水系統(tǒng)也無(wú)法停運(yùn)，這造成了廠(chǎng)用電的浪費(fèi)。廠(chǎng)用電作為重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，直接影響著電廠(chǎng)的生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。在此背景下，制定方案解決聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)這種高能耗的運(yùn)行方式，以達(dá)到節(jié)省廠(chǎng)用電，降低生產(chǎn)成本的目的顯得尤為重要。

1 概況

某燃機(jī)廠(chǎng)兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較短，在長(zhǎng)期停運(yùn)期間，機(jī)組除用于保護(hù)主機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)和聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)均停運(yùn)。對(duì)于主機(jī)設(shè)備，只要機(jī)組大軸溫度小于100℃后盤(pán)車(chē)停運(yùn)，滑油系統(tǒng)和密封油系統(tǒng)就無(wú)需閉冷水對(duì)其冷卻，因而閉冷水用戶(hù)只有聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)系統(tǒng)。目前機(jī)組停機(jī)后閉式水主要由停機(jī)冷卻水泵供應(yīng)，但聯(lián)合循環(huán)空壓機(jī)組所需冷卻水所需流量遠(yuǎn)小于停機(jī)冷卻水泵參數(shù)，造成了電量和資源浪費(fèi)。另一方面，由于閉冷水的運(yùn)行，在夏天時(shí)自然冷卻量不夠，需要保持小循泵運(yùn)行。

2016、2017、2018三年某燃機(jī)廠(chǎng)每年運(yùn)行小時(shí)數(shù)均只有1000小時(shí)。去除汽機(jī)大軸冷卻時(shí)間，閉冷水僅供給空壓機(jī)系統(tǒng)大約每年6000小時(shí)。停機(jī)冷卻水泵工作電流在130A左右，功率約73kW，按照廠(chǎng)用電0.56元/度結(jié)算，一年運(yùn)行成本為24.5萬(wàn)元。日最高環(huán)境溫度高于30度天氣按80天算，折算需要小循泵運(yùn)行時(shí)間為55天（按全年比例折算）。小循泵電流為270A，功率約184kW，折算一年運(yùn)行成本約為37萬(wàn)元。兩臺(tái)泵合計(jì)一年運(yùn)行成本約為61.5萬(wàn)元。

為了改善某燃機(jī)廠(chǎng)空壓機(jī)供水方式，達(dá)到降低能耗、節(jié)省成本、降低廠(chǎng)用電率的目標(biāo)，本文提出了此次技改方案。

2 技改方案詳析

2.1 技改方案簡(jiǎn)介

此次技改方案為：為空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)立的冷卻水供水系統(tǒng)。在僅空壓機(jī)需要冷卻水的情況下，隔斷閉式冷卻水母管至空壓機(jī)冷卻水進(jìn)、回水管路，空壓機(jī)冷卻水供應(yīng)切換至獨(dú)立供水系統(tǒng)，并停運(yùn)閉式冷卻水供水系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)省廠(chǎng)用電的目的。

獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用閉式循環(huán)形式，冷卻水從空壓機(jī)吸收熱量，通過(guò)換熱器與冷卻塔內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行熱交換，該換熱器（換熱盤(pán)管）布置于空壓機(jī)房附近#1機(jī)冷卻塔底部，水平布置。

2.2 方案設(shè)計(jì)說(shuō)明

空壓機(jī)冷卻水供水獨(dú)立系統(tǒng)具體組成說(shuō)明如下：

本系統(tǒng)采用閉式強(qiáng)制對(duì)流換熱形式，系統(tǒng)由泵、膨脹水箱、補(bǔ)水管路、換熱器、手動(dòng)截止閥、逆止閥以及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥等組成。其中設(shè)計(jì)有兩臺(tái)100%容量離心泵，正常運(yùn)行時(shí)一用一備。

泵進(jìn)口安裝截止閥和Y型過(guò)濾器，泵出口安裝截止閥、逆止閥和壓力表等，泵出口設(shè)置有再循環(huán)管路。換熱器布置于冷卻塔底部，其換熱面浸于冷卻塔水池底部，由循環(huán)水與換熱器內(nèi)的空壓機(jī)冷卻水進(jìn)行自然循環(huán)熱交換。

膨脹水箱容積約為10t，布置樣式參考閉冷水膨脹水箱，設(shè)置水箱進(jìn)出水手動(dòng)隔離閥、液位計(jì)、放水閥、溢水閥、放氣彎頭管道等。水箱補(bǔ)水可以設(shè)置兩路，一路為化學(xué)2000t水箱靜壓補(bǔ)水，擬采用浮球式補(bǔ)水閥并加裝補(bǔ)水手動(dòng)隔離閥;另一路為化學(xué)至200t水箱補(bǔ)水分支，擬采用水位上下限補(bǔ)水形式，進(jìn)水端加裝一個(gè)手動(dòng)隔離閥和一個(gè)電動(dòng)閥。冷卻器出口母管加裝手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。

空壓機(jī)獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)在閉式冷卻水至空壓機(jī)進(jìn)回水母管上接入，安裝手動(dòng)隔離閥，且在閉式水至空壓機(jī)進(jìn)回水母管上加裝手動(dòng)隔離閥，以便于冷卻水源切換。

該系統(tǒng)儀控設(shè)計(jì)有：兩臺(tái)泵加入跳泵及母管壓力低聯(lián)鎖保護(hù);泵出口各設(shè)置一個(gè)壓力表，泵出口母管及壓力調(diào)節(jié)閥后設(shè)置壓力變送器;換熱器進(jìn)出口設(shè)置溫度計(jì)，膨脹水箱補(bǔ)水電動(dòng)閥邏輯設(shè)置由水位高低限關(guān)開(kāi)等。

2.3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明

2.3.1 熱力計(jì)算說(shuō)明

油冷卻器熱負(fù)荷：

油冷卻器換熱量 ：對(duì)于噴油螺桿壓縮機(jī)，壓縮功的絕大部分轉(zhuǎn)換成熱量被噴入壓縮腔的潤(rùn)滑油帶走。

實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常依據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由下面的經(jīng)驗(yàn)方法確定，在以壓差推動(dòng)的噴油螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)中，噴油螺桿壓縮機(jī)軸功率的80%—85%會(huì)被噴入壓縮腔的潤(rùn)滑油吸收。

根據(jù)資料[1]，經(jīng)冷卻器冷卻后出口溫度為：排氣量為15.6 ，環(huán)境溫度+10℃，長(zhǎng)興地區(qū)夏季計(jì)算溫度為33℃，由運(yùn)行曲線(xiàn)查得壓氣機(jī)出口溫度為86.7℃，由公式Q=Cm 計(jì)算。

冷卻水與循環(huán)水換熱器擬用不銹鋼管，其面積由公式：

計(jì)算。

查閱資料[1]，冷卻水最大流量為17m3/h ，冷卻水總流量為四臺(tái)空壓機(jī)

冷卻水總和，即17×4=68m3/h，密度取1.0×103kg/m3 。可知冷卻水與循環(huán)水換熱器進(jìn)口溫度為39.21℃。

2.3.2 水力計(jì)算說(shuō)明：

根據(jù)空氣壓縮機(jī)技術(shù)規(guī)范書(shū)提供的數(shù)據(jù)：冷卻水進(jìn)水溫度<38℃;冷卻水最大流量17 m3/h;冷卻水進(jìn)水壓力0.5 MPa;冷卻水進(jìn)出水壓差0.14 MPa。

2.3.2.1 流量計(jì)算說(shuō)明：

系統(tǒng)所需流量為：17х4=68 m3/h，富余系數(shù)取1.1，得出所需流量為74.8m3/h。

2.3.2.2 壓力計(jì)算說(shuō)明：

系統(tǒng)所需壓力為冷卻水進(jìn)口壓力與系統(tǒng)管道壓損之和，由于該系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，管道壓損所占比例較小，故不作精確計(jì)算，取富余系數(shù)1.2，其系統(tǒng)管道壓損包含在內(nèi)，因此系統(tǒng)所需壓力為0.6 MPa。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行泵體選型。參考本廠(chǎng)凝輸泵參數(shù)：流量100 m3/h;軸功率30 kw;揚(yáng)程60m;轉(zhuǎn)速2900 r/min。

此泵符合計(jì)算結(jié)果所需要求，可以選擇相近參數(shù)泵作為冷卻水泵。平時(shí)凝輸泵運(yùn)行電流參數(shù)約為35A，功率約為20kW，按每年6000小時(shí)計(jì)算，每年耗電量為12萬(wàn)kWh，成本約為6.72萬(wàn)元。

3 總結(jié)

在某燃機(jī)電廠(chǎng)每年利用小時(shí)數(shù)偏低的背景下，筆者提出技改方案，通過(guò)方案分析、熱力計(jì)算等得出了計(jì)算結(jié)果。通過(guò)結(jié)果對(duì)比我們可知，技改方案實(shí)施后，一年約節(jié)電97.8萬(wàn)度，年節(jié)省生產(chǎn)成本約54.78萬(wàn)元。因此，若某燃機(jī)保持低利用小時(shí)數(shù)的現(xiàn)狀，則本技改方案實(shí)施可以保證產(chǎn)出大于投入，且對(duì)綜合廠(chǎng)用電率指標(biāo)有較大幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杭州浙華機(jī)電設(shè)備有限公司 《浙能長(zhǎng)興天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程空氣壓縮機(jī)設(shè)備技術(shù)協(xié)議》2012年9月

作者簡(jiǎn)介：

蔣 ?。?991-），男，助理工程師，大學(xué)本科，多年從事電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化相關(guān)工作

余國(guó)平（1983—），男，助理工程師，大學(xué)本科，從事多年電廠(chǎng)熱動(dòng)專(zhuān)業(yè)相關(guān)工作