淺析循環(huán)冷卻水水質(zhì)對空壓機運行的影響

吳松林 劉 飛

(1.衡陽華菱鋼管有限公司 ，湖南 衡陽 421001； 2.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001)

1 引言

能源介質(zhì)高效穩(wěn)定的供給，是鋼企穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，壓縮空氣是鋼企生產(chǎn)中重要的能源介質(zhì)，空氣壓縮機(以下簡稱空壓機)是壓縮空氣系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備，冷卻系統(tǒng)又是空壓機的重要組成部分。水冷式空壓機工作時壓縮氣體做功產(chǎn)生的熱量，需要通過冷卻水帶走，冷卻水質(zhì)的好壞直接影響著空壓機的換熱。本文通過對某鋼鐵公司各空壓站區(qū)循環(huán)水系統(tǒng)的研究，探討冷卻水部分水質(zhì)指標超標對水冷式空壓機運行的影響。

2 空壓機的供水方式

2.1 自來水供水

自來水供水屬于直流冷卻水系統(tǒng)，冷卻水僅通過換熱設(shè)備一次，用過后水就被排放掉。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是投資少、操作簡便、水質(zhì)好，不易出現(xiàn)因水質(zhì)問題而影響空壓機冷卻系統(tǒng)的效果；缺點是用水量大，冷卻水的花費大，不符合節(jié)約使用水資源的要求。此種供水方式適用于空壓機用水量小，且空間受限的環(huán)境。

2.2 循環(huán)水供水

循環(huán)供水屬于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(圖1)[1]，即冷卻水用過后不立即排放掉，而是回收循環(huán)再用。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是可大量節(jié)約水資源，為企業(yè)直接創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益；缺點是循環(huán)水在多次重復(fù)使用的過程中易造成空壓機換熱面結(jié)垢以及電化學(xué)腐蝕等影響。

2.3 空壓機供水方式

煉鐵、煉鋼、軋管、套管4個空壓站均采用獨立的循環(huán)冷卻水供水，且各循環(huán)水系統(tǒng)均采用開放式冷卻塔，系統(tǒng)補充水均為自來水。

3 冷卻水質(zhì)超標對空壓機的影響

3.1 硬度

3.1.1 硬度超標對空壓機的影響

2019年11月煉鋼空壓站某活塞式空氣壓縮機二級排氣溫度高報警，達到176 ℃(報警值為160 ℃)。經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)二級進氣溫度也高達70 ℃(正常值<60 ℃以下)。通過拆開該機組中間冷卻器以及氣缸水套檢查，發(fā)現(xiàn)冷卻器水管內(nèi)壁以及氣缸水套表面附著一層白色的水垢，且有的部分水道銅管被水垢完全堵塞。取循環(huán)冷卻水樣化驗，測量其硬度(含暫時硬度和永久硬度，以CaCO3計)達到了567 mg/L。

3.1.2 原因分析

煉鋼空壓站循環(huán)水系統(tǒng)未設(shè)置軟化處理系統(tǒng)，循環(huán)水的補充水源為自來水，該自來水總硬度為106 mg/L[2]，隨著冷卻水多次循環(huán)利用，濃縮倍數(shù)增加，水中的鈣、鎂離子濃度逐步增高(圖2)，導(dǎo)致循環(huán)水的硬度超標(正常值：CaCO3含量≤200 mg/L，GB/T 50050-2017[3])。

冷卻水經(jīng)過冷卻器換熱面，在高溫的作用下，加速碳酸鈣及氫氧化鎂的形成[4]，并附著于冷卻器管道內(nèi)壁，形成一層白色、質(zhì)地較硬的水垢。

(1)

(2)

由于水垢的導(dǎo)熱系統(tǒng)很低，不僅會造成冷卻器換熱效率降低，嚴重時會堵塞冷卻器水道，造成機組溫度升高。

3.1.3 解決方法

解決循環(huán)冷卻水硬度超標，減緩或阻止冷卻器結(jié)垢，可從2個方面進行控制：

(1)降低冷卻水的硬度。可在循環(huán)水系統(tǒng)中加入軟化處理裝置[5]，即系統(tǒng)中的循環(huán)水以及補充的新水均為軟水。此方法的優(yōu)點是可有效的除去循環(huán)水中的鈣、鎂離子[6]，缺點是初期投資大，軟化處理運行成本高；如無條件增設(shè)軟化裝置，可定期用自來水置換出部分或全部循環(huán)水，以稀釋冷卻水中鈣、鎂離子的濃度。

(2)減緩結(jié)垢的速率?？赏ㄟ^向循環(huán)水池中連續(xù)添加適量的化學(xué)藥劑，即緩蝕阻垢劑，一方面可增加無機鹽溶解度，起到阻垢作用；另一方面可阻礙和破壞了無機鹽晶體的正常生長，減慢了晶體的增長速度，從而減少了鹽垢的形成。

3.2 微生物

3.2.1 微生物超標對空壓機的影響

2019年8月煉鐵空壓站某雙螺桿式空壓機排氣溫度高報警，達到101 ℃(100 ℃為報警值)，經(jīng)過現(xiàn)場檢測油冷卻器進出口油溫溫差僅為10 ℃，主機注油溫度高達90 ℃。停機后拆開油冷卻器端蓋，發(fā)現(xiàn)油冷卻器水路管道被藻類形成大量的粘泥堵塞，造成冷卻水無法正常流通。

3.2.2 原因分析

目前各空壓站循環(huán)水系統(tǒng)均采用開放式冷卻塔，開放式冷卻塔內(nèi)可獲得充分的光照、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分，這些因素會滋生細菌和藻類的生長，其初期增長呈對數(shù)曲線(圖3)，加劇腐蝕與污垢的形成，同時系統(tǒng)粘泥增加[7]，在冷卻器內(nèi)沉積下來，造成了冷卻器水道堵塞，導(dǎo)致冷卻器換熱效果降低，螺桿空壓機的潤滑油因未得到充分冷卻，造成空壓機排氣溫度升高。

3.2.3 解決方法

防止或減緩微生物超標，避免空壓機冷卻器換熱效率降低，通常解決的方法可分為兩種：

(1) 控制微生物的生長?？稍谘h(huán)水系統(tǒng)中設(shè)置水處理系統(tǒng)，通過向循環(huán)水中加入殺菌滅藻劑，來殺滅微生物。為了避免系統(tǒng)中細菌和微生物產(chǎn)生抗藥性，可采用氧化性殺菌劑(如：次氯酸鈉、氯液等)和非氧化性殺菌劑(如：異噻唑啉酮)交替投加的方式。

(2) 定期清洗冷卻器。在條件允許的情況下，定期取水樣送檢化驗微生物含量，若檢測微生物含量超標，且空壓機的相關(guān)溫度明顯上升，則對空壓機的冷卻器進行化學(xué)藥劑循環(huán)清洗。如無法對循環(huán)水的微生物含量進行檢查，可通過觀察冷卻塔及水池壁上藻類等生長情況初略判斷微生物的增長情況。

3.3 懸浮物

3.3.1 懸浮物超標對空壓機的影響

套管空壓站某離心式空壓機系新上馬的機組，投入運行3個月后油溫高達60 ℃報警(報警值55 ℃)，二、三級級間進氣溫度高達56 ℃報警(報警值55 ℃)。檢查發(fā)現(xiàn)空壓機進水水壓偏低，拆開進水管道上機械式過濾器發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)被大量懸浮物堵塞。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該循環(huán)水懸浮顆粒物達到38.5 mg/L(正常值≤20 mg/L，GB/T 50050-2017)。

3.3.2 原因分析

套管空壓站循環(huán)水系統(tǒng)采用開放式冷卻塔，循環(huán)水池也為開放式，且采用RPVC硬質(zhì)聚氯乙烯作為冷卻塔的折波填料，隨著使用年限的增長，冷卻塔填料老化造成碎片脫落，以及大氣中的固體顆粒、機械雜質(zhì)、粉塵等易進入循環(huán)水系統(tǒng)中，導(dǎo)致冷卻水中的懸浮物超標。顆粒較大的懸浮物通過冷卻水過濾網(wǎng)以及冷卻器時，會造成水路堵塞，進而造成冷卻器換熱不充分，換熱效率降低，引發(fā)油溫或級間進氣溫度偏高。

3.3.3 解決方法

解決循環(huán)水系統(tǒng)懸浮物超標可從2個方面進行處理，一方面從源頭上，杜絕或減少外界雜質(zhì)、灰塵等進入系統(tǒng)；另一方面對進入空壓機冷卻器前的循環(huán)水進行過濾。具體如下：

(1)源頭控制

在條件允許的情況下，盡可能采用封閉式的冷卻塔，這樣避免了循環(huán)水與外界的直接接觸，能有效的避免雜質(zhì)、粉塵及顆粒物進入系統(tǒng)，避免循環(huán)水的懸浮物超標。如采用開放式冷卻塔，應(yīng)及時清理冷卻塔及水池周邊的雜物、樹木，確保冷卻塔及水池周邊的環(huán)境干凈，并定期對水池進行清洗和換水。

(2)冷卻器前過濾

在循環(huán)水系統(tǒng)水泵與換熱器之間加裝過濾裝置。即通過過濾系統(tǒng)將大顆粒的懸浮物過濾掉。常用的過濾裝置有機械過濾設(shè)備和砂過濾，機械過濾設(shè)備效果較好的有自帶反洗功能的全自動自清洗過濾器，其過濾精度可達到200 μm以上，并自帶堵塞報警功能，報警后將濾網(wǎng)拆除后人工清洗即可，安裝時應(yīng)為過濾器加裝旁通，確保過濾器可在線不停機清洗；砂過濾具有過濾精度高(可達50 μm)、全自動過濾、全自動反沖洗，但投資較大，占用空間大。

3.4 電導(dǎo)率

3.4.1 電導(dǎo)率招標對空壓機的影響

2020年4月點檢人員發(fā)現(xiàn)軋管空壓站循環(huán)水池表面有浮油，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)某離心式空壓機油箱的油位下降明顯，判斷可能是潤滑油通過油冷卻器泄漏至循環(huán)水系統(tǒng)。經(jīng)停機檢修，對油冷卻器各水通道進行打壓試驗，發(fā)現(xiàn)油冷卻器有一根銅管因電化學(xué)腐蝕而穿孔，因系統(tǒng)油壓高于冷卻水壓，致使?jié)櫥托谷胙h(huán)水，后經(jīng)維修人員將穿孔銅管兩端堵塞后，投運正常。 通過取循環(huán)水樣送化驗，檢測發(fā)現(xiàn)循環(huán)水的電導(dǎo)率高達1362 μS/cm(正常值≤1000 μS/cm，GB/T 50050-2017)。

3.4.2 原因分析

3.4.3 解決方法

定期取水樣送檢化驗，根據(jù)化驗結(jié)果判斷循環(huán)水電導(dǎo)率是否超標。當檢測循環(huán)冷卻水電導(dǎo)率超標后，主要從以下3個方面進行分析和處理：

(1)濃縮倍數(shù)提高引發(fā)超標

當循環(huán)水系統(tǒng)未改變運行工況，未新添加藥劑、未大量補充新水或補充水水質(zhì)達標時，需考慮是因濃縮倍數(shù)提高引發(fā)的電導(dǎo)率超標[9]。這種情況下，可更換水池中的循環(huán)水，或加大循環(huán)水的排水量和新水的補水量，降低濃縮倍數(shù)。

(2)添加藥劑引起超標

為了確保相關(guān)冷卻或換熱設(shè)備的穩(wěn)定運行，循環(huán)水系統(tǒng)可能增設(shè)了在線加藥系統(tǒng)，如因添加藥劑造成循環(huán)水的電導(dǎo)率超標，則待藥劑處理完畢后，及時調(diào)整系統(tǒng)排、補水，并視情況調(diào)整添加藥劑的種類或數(shù)量。

(3)補水水質(zhì)引起超標

當水池更換新水，或補充了大量水后，循環(huán)水的電導(dǎo)率出現(xiàn)異常的增高，導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率超標。則應(yīng)考慮系統(tǒng)補充水的電導(dǎo)率超標，此種情況下需關(guān)閉系統(tǒng)補水、排水，待補水水質(zhì)穩(wěn)定后，調(diào)整系統(tǒng)排、補水。

4 總結(jié)

循環(huán)冷卻水水質(zhì)的好壞與否，直接關(guān)系著水冷式空壓機的正常運行，特別是硬度、微生物、懸浮物以及電導(dǎo)率等指標超標時，不僅可能造成空壓機故障停機，也會對設(shè)備的使用壽命造成影響。但只要對循環(huán)水水質(zhì)相關(guān)指標進行定期檢測和跟蹤，并結(jié)合空壓機相關(guān)運行參數(shù)的變化，便可準確的判斷出水質(zhì)超標類型和原因，問題將迎刃而解。