空氣壓縮機級間冷卻器的節能改造與應用

高慧敏 張玉凡 常春梅 劉學峰

（1.湖北迪峰換熱器股份有限公司 2.上海藍濱石化設備有限責任公司 3.齊魯制藥（內蒙古）有限公司）

0 引言

壓縮機對氣體壓縮做功后，氣體的壓力、溫度均會升高。為進一步提高氣體的壓力，常需要兩級或多級壓縮。為保證多級壓縮消耗功最小，一般采用等溫壓縮[1]。通常，壓縮后的氣體通過級間冷卻器和后冷卻器進行降溫，而冷卻水升溫后則直接排放入冷卻塔。但這樣不僅增加了冷卻塔的負擔，而且壓縮氣體生成的熱量成為廢熱，造成能源浪費[2-3]。隨著國家節能減排政策的實施推進，以及企業從自身利益出發，必須對這部分廢熱加以利用，增加企業的經濟效益。

1 級間冷卻器的應用與實踐

早期壓縮機的級間冷卻器普遍使用傳統的管殼式換熱器，這種換熱器在較大壓力與較高溫度場合具有不可替代的優點。但就換熱效果和氣側阻力控制而言，傳統的管殼式換熱器有一定的弊端，如耗水量大，兩側介質溫度端差較大，換熱效果差，氣側阻力大，清洗維護頻繁，綜合經濟效益不好等。

為適應一側為氣體、一側為水的換熱條件，在壓力和溫度可適應的場合，常采用高效的翅片式換熱器。翅片式換熱器是采用了擴展表面的高效換熱器。翅片式換熱器經過對氣側換熱的強化，在與管殼式換熱器體積相同的情況下，其換熱管的根數減少許多，換熱面積卻大大增加，能較好地將氣體冷卻到工藝要求的溫度。同時氣側阻力大幅下降，減少了電力損耗；耗水量減少，可為企業節約用水，增加了經濟效益。

雖然經過以上兩種結構形式的換熱器對壓縮氣體進行降溫，熱量傳遞到水側，但由于其熱品位較低，均采用直接排放。

考慮到企業集中控制室夏季制冷、冬季供暖的需要（由溴化鋰機組提供），企業計量部專門針對排放熱量的再利用問題，聯合設備技術部和設備制造廠家進行調研，查閱文獻資料[4-7]，最后決定采用焊接板式換熱器[4]來回收利用級間冷卻器帶走的熱量。該節能改造項目有關工藝參數如表1所示。

表1 空壓機級間冷卻器改造工藝參數

2 換熱器工藝參數與選型計算

結合水源的實際情況，將空氣側分為高溫部分與低溫部分進行考慮，并結合板式換熱器可適應溫度交叉情況進行換熱的特點，盡可能多地利用熱量（4 842.5 kW），換熱器的選型計算結果見表2。

3 焊接板式換熱器運行參數實測

該焊接板式換熱器投入運行后，設備制造廠家及使用企業對設備的運行狀況進行了實際測量，數據記錄如表3所示。

根據表3數據和現場實際分析認為，空氣工作壓力略低于技術協議要求，換熱器進出風筒直徑DN1200較小 （建議改為DN1500），且進出口均為90°急彎，會造成阻力略高，但總體符合預期要求。

表2 換熱器選型計算[8-10]

表3 焊接板式換熱器運行參數

4 結論

應用實踐表明，該焊接板式換熱器達到了預期的換熱效果，可作為大型空氣壓縮機級間冷卻器使用。該焊接板式換熱器在其可承受的壓力范圍（真空至2.5 MPa）內，可代替翅片式換熱器，并且能較好地利用低品位的廢熱，達到節能的目的。

[1] 沈維道，童鈞耕.工程熱力學 [M].4版.北京：高等教育出版社，2007.

[2] 吳金星.節能技術與應用講座 [R/OL].（2014-09-22）[2017-01-05].https：//wenku.baidu.com/view/5193665566 68a98271fefaca.html.

[3] 張新敬，譚春青，隋軍，等.我國工業節能現狀調研和對策 [J].中國能源，2008，30（11）：32-38.

[4] 欒輝寶，陶文銓，朱國慶，等.全焊接板式換熱器發展綜述 [J].中國科學：技術科學，2013，43（9）：1020-1033.

[5] 張鐵峰.板式空氣預熱器在工業爐中的應用 [J].化工裝備技術，2002，23（1）：23-26.

[6] 高永學.板式換熱器在冶煉煙氣制酸凈化工序中的應用 [C]//第三屆全國有色冶煉煙氣制酸生產技術經驗交流會論文集.2006：44-48.

[7] 汪善文.焊接板式換熱器及其應用 [J].石油化工設備技術，2001，22（6）：47-51.

[8] 朱聘冠.熱交換器原理及計算 [M].北京：清華大學出版社，1989.

[9] 楊世銘.傳熱學[M].北京：高等教育出版社，1991.

[10]全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會.板式熱交換器：NB/T 47004—2009[S].北京：新華出版社，2010.