聯合循環空壓機冷卻水系統優化改造分析

蔣俊　余國平

摘 要：某燃機廠聯合循環空壓機冷卻水現由閉冷水供應，停機期間除了空壓機其余系統均不需要供水，造成浪費。本文就此背景下，利用某燃機廠空壓機房離#1冷卻塔較近的便利，設計了將換熱器置于冷卻塔底部，不需要外部強冷的空壓機單獨冷卻水運行方案，減少了廠用電浪費，降低生產成本。

關鍵詞：空壓機;冷卻;換熱器

0 引言

無論機組停運與否，聯合循環空氣壓縮系統是需要常年保持運行的系統。目前，空壓機冷卻水來源是閉冷水，故機組停運狀態下閉式水系統也無法停運，這造成了廠用電的浪費。廠用電作為重要的經濟指標，直接影響著電廠的生產成本和經濟效益。在此背景下，制定方案解決聯合循環空壓機冷卻水系統這種高能耗的運行方式，以達到節省廠用電，降低生產成本的目的顯得尤為重要。

1 概況

某燃機廠兩臺機組運行時間較短，在長期停運期間，機組除用于保護主機的潤滑油系統、密封油系統和聯合循環空壓機系統外，其他系統均停運。對于主機設備，只要機組大軸溫度小于100℃后盤車停運，滑油系統和密封油系統就無需閉冷水對其冷卻，因而閉冷水用戶只有聯合循環空壓機系統。目前機組停機后閉式水主要由停機冷卻水泵供應，但聯合循環空壓機組所需冷卻水所需流量遠小于停機冷卻水泵參數，造成了電量和資源浪費。另一方面，由于閉冷水的運行，在夏天時自然冷卻量不夠，需要保持小循泵運行。

2016、2017、2018三年某燃機廠每年運行小時數均只有1000小時。去除汽機大軸冷卻時間，閉冷水僅供給空壓機系統大約每年6000小時。停機冷卻水泵工作電流在130A左右，功率約73kW，按照廠用電0.56元/度結算，一年運行成本為24.5萬元。日最高環境溫度高于30度天氣按80天算，折算需要小循泵運行時間為55天（按全年比例折算）。小循泵電流為270A，功率約184kW，折算一年運行成本約為37萬元。兩臺泵合計一年運行成本約為61.5萬元。

為了改善某燃機廠空壓機供水方式，達到降低能耗、節省成本、降低廠用電率的目標，本文提出了此次技改方案。

2 技改方案詳析

2.1 技改方案簡介

此次技改方案為：為空壓機系統設計獨立的冷卻水供水系統。在僅空壓機需要冷卻水的情況下，隔斷閉式冷卻水母管至空壓機冷卻水進、回水管路，空壓機冷卻水供應切換至獨立供水系統，并停運閉式冷卻水供水系統，以達到節省廠用電的目的。

獨立冷卻水系統設計采用閉式循環形式，冷卻水從空壓機吸收熱量，通過換熱器與冷卻塔內循環水進行熱交換，該換熱器（換熱盤管）布置于空壓機房附近#1機冷卻塔底部，水平布置。

2.2 方案設計說明

空壓機冷卻水供水獨立系統具體組成說明如下：

本系統采用閉式強制對流換熱形式，系統由泵、膨脹水箱、補水管路、換熱器、手動截止閥、逆止閥以及手動調節閥等組成。其中設計有兩臺100%容量離心泵，正常運行時一用一備。

泵進口安裝截止閥和Y型過濾器，泵出口安裝截止閥、逆止閥和壓力表等，泵出口設置有再循環管路。換熱器布置于冷卻塔底部，其換熱面浸于冷卻塔水池底部，由循環水與換熱器內的空壓機冷卻水進行自然循環熱交換。

膨脹水箱容積約為10t，布置樣式參考閉冷水膨脹水箱，設置水箱進出水手動隔離閥、液位計、放水閥、溢水閥、放氣彎頭管道等。水箱補水可以設置兩路，一路為化學2000t水箱靜壓補水，擬采用浮球式補水閥并加裝補水手動隔離閥;另一路為化學至200t水箱補水分支，擬采用水位上下限補水形式，進水端加裝一個手動隔離閥和一個電動閥。冷卻器出口母管加裝手動流量調節閥，調節系統流量。

空壓機獨立冷卻水系統在閉式冷卻水至空壓機進回水母管上接入，安裝手動隔離閥，且在閉式水至空壓機進回水母管上加裝手動隔離閥，以便于冷卻水源切換。

該系統儀控設計有：兩臺泵加入跳泵及母管壓力低聯鎖保護;泵出口各設置一個壓力表，泵出口母管及壓力調節閥后設置壓力變送器;換熱器進出口設置溫度計，膨脹水箱補水電動閥邏輯設置由水位高低限關開等。

2.3 設計計算說明

2.3.1 熱力計算說明

油冷卻器熱負荷：

油冷卻器換熱量 ：對于噴油螺桿壓縮機，壓縮功的絕大部分轉換成熱量被噴入壓縮腔的潤滑油帶走。

實際生產中會經常依據大量的實驗數據，由下面的經驗方法確定，在以壓差推動的噴油螺桿壓縮機系統中，噴油螺桿壓縮機軸功率的80%—85%會被噴入壓縮腔的潤滑油吸收。

根據資料[1]，經冷卻器冷卻后出口溫度為：排氣量為15.6 ，環境溫度+10℃，長興地區夏季計算溫度為33℃，由運行曲線查得壓氣機出口溫度為86.7℃，由公式Q=Cm 計算。

冷卻水與循環水換熱器擬用不銹鋼管，其面積由公式：

計算。

查閱資料[1]，冷卻水最大流量為17m3/h ，冷卻水總流量為四臺空壓機

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

2.3.2 水力計算說明：

根據空氣壓縮機技術規范書提供的數據：冷卻水進水溫度<38℃;冷卻水最大流量17 m3/h;冷卻水進水壓力0.5 MPa;冷卻水進出水壓差0.14 MPa。

2.3.2.1 流量計算說明：

系統所需流量為：17х4=68 m3/h，富余系數取1.1，得出所需流量為74.8m3/h。

2.3.2.2 壓力計算說明：

系統所需壓力為冷卻水進口壓力與系統管道壓損之和，由于該系統比較簡單，管道壓損所占比例較小，故不作精確計算，取富余系數1.2，其系統管道壓損包含在內，因此系統所需壓力為0.6 MPa。

根據以上數據進行泵體選型。參考本廠凝輸泵參數：流量100 m3/h;軸功率30 kw;揚程60m;轉速2900 r/min。

此泵符合計算結果所需要求，可以選擇相近參數泵作為冷卻水泵。平時凝輸泵運行電流參數約為35A，功率約為20kW，按每年6000小時計算，每年耗電量為12萬kWh，成本約為6.72萬元。

3 總結

在某燃機電廠每年利用小時數偏低的背景下，筆者提出技改方案，通過方案分析、熱力計算等得出了計算結果。通過結果對比我們可知，技改方案實施后，一年約節電97.8萬度，年節省生產成本約54.78萬元。因此，若某燃機保持低利用小時數的現狀，則本技改方案實施可以保證產出大于投入，且對綜合廠用電率指標有較大幫助。

參考文獻：

[1] 杭州浙華機電設備有限公司 《浙能長興天然氣熱電聯產工程空氣壓縮機設備技術協議》2012年9月

作者簡介：

蔣 俊（1991-），男，助理工程師，大學本科，多年從事電廠熱工自動化相關工作

余國平（1983—），男，助理工程師，大學本科，從事多年電廠熱動專業相關工作