关于流花日用空压机冷却系统改造的探讨

摘 要：在分析了空压机工作的原理，得出空压机系统在工作过程中不可避免的要散发出大量的热量。结合流花某平台上的空压机冷却系统，在将空压机系统余热回收的理论指引下，通过分析现有的空压机冷却工艺并结合实际，重新设计系统冷却工艺。通过比较在根据余热利用率和实用性两个方面而重新设计的两种工艺，得出一个既能利用余热有比较切实可行的方案。结合空压机冷却系统的原始资料大致算出利用此方案一年可以节省的热量。并分析国内外现状，预测未来石油行业的发展趋势，得出余热回收方案具有很大的应用前景，具有相当大的推广价值。

关键词：空压机；余热回收；工艺；改造

前言

空压机是一种对气体进行压缩的机械设备。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。空气被压缩后也就是对空气做了功，其温度必然要升高，再经过热能的传递，传到缸体上，缸体发热，过热就会出现所排出的空气温度超过规定值。而过高的温度也会使机体内转子和轴承材料的物理系数值产生变化，严重时会使整个主机抱死出现停跳现象，虽然空气压缩机厂家都对高温加装了保护装置，但故障的存在也会使该保护装置频繁动作，影响到企业的正常生产。故而空压机的冷却就变的格外重要了。一般现在国内主要采用水冷或风冷这两种办法，风冷要求在空气流通顺畅的地点，水冷则在空间上没有要求，而且十分有利于空压机的使用寿命。

1.背景现况

流花某平台日用空压机冷却系统现在使用的冷却系统流程如下：

A. 使用冷淡水进空压机系统冷却；

B. 空压机系统出来的热淡水经管线流至离心泵，通过离心泵加压使之送至板式换热器；

C. 使用冷却海水通过板式换热器给淡水降温；

D. 热淡水在经过板式换热器时冷却使之成为冷淡水，同时冷却海水通过换热变为热海水；

E. 冷却淡水进入空压机系统使之降温；

F. 热海水经海水排空汇总管外排；

G. 以此往复，使之循环，使空压机系统得到降温；

H. 淡水使用中如有损耗，通过水箱自动补充淡水，水箱内水位则使之保持在一个水位之上。工艺图如下：

图1 空压机冷却系统原有工艺

现有的该系统经过实际的运行表明能有效的给空压机降温，使空压机能够稳定有效的运行。由于在空压机系统内冷却介质是淡水，使得管线的腐蚀情况得到有效改善，空压机系统的管线的使用寿命同时也大大提升。

2.改进目标

使用该系统虽然能有效解决空压机冷却问题，但是空压机运行过程中产生的热量却是直接浪费掉了。现在就是能否重新设计工艺，在不影响压缩机正常运行的前提下，将空压机压缩空气做功产生的热量代替用于其它工艺中需要的用于给原水加热的能源，从而减少了用于空压机冷却以及生产工艺加热的能耗，同时在原有空压机冷却系统的基础上加以改造，减少一部分冷却系统的使用量以达到减少了冷却系统的能耗的目的。使得这部分热量能够被利用起来。这样既能够冷却空压机系统，又能够给加热其他需要热量的系统。既达到了节能减排的效果，又具有良好的社会和经济效益。

2.1更改工艺方案1

改造现有系统，将平台锅炉进水管线连接至空压机冷却管线系统中，使用空压机运行过程中排放出来的余热加热锅炉进水管中的冷水。这样既可以冷却空压机系统，使之良好运行，又可以预热锅炉进水，达到节能减排的效果。

更改之后的工艺图如下：

图2 空压机冷却系统改进工艺1

2.1.1优点

工艺结构简单，更改后整个系统用锅炉给水冷却空压机系统，冷却水从空压机系统出之后直接送往锅炉。这样就尽可能把空压机系统运行过程中压缩空气做工所产生的热量转换为锅炉用水的内能，减少了锅炉燃料的使用，从而达到节能减排的目的。

2.1.2缺点

单纯从工艺上看，这样没有问题，但是在实际操作中会遇到如下问题：

A. 锅炉用水和空压机系统是两个独立的系统，并不存在联动性。所以在实际生产中会遇到如下情况：空压机需要冷却，但是锅炉却不需要进水；或者锅炉进水量过小不能有效冷却空压机，这些都会带来问题。

B. 生产中亦会遇到如下状况：空压机系统因为遇到故障而停机或停机检修，安照本工艺运行的话，则锅炉同时也无水可烧。

2.2更改方案2

在原有工艺的基础上，将提供淡水的膨胀水箱替换成锅炉水罐，在淡水出空压机系统后开一个旁路，加一个开关阀，将之引至锅炉。工艺图如下：

图3 空压机冷却系统改进工艺2

按照此工艺正常工作，流程如下

A. 冷淡水从锅炉水罐出来汇合从空压机出来的热淡水，进入离心水泵加压；

B. 混合淡水从离心水泵出来进交换器冷却；

C. 从交换器出来的冷淡水进入空压机系统用来冷却过热的空压机机组；

D. 从空压机组出来的热水一部分进入锅炉用做锅炉用水，一部分混合锅炉罐来水；

E. 混合淡水通过过滤器进入离心水泵进行加压。

F. 重新进入2，以此往复循环。

2.2.1优点

A. 在现有的工艺基础上改造，利用现有设施，改动量小；

B. 现在两个系统则相对独立，空压机系统检修或故障不影响锅炉用水使用

C. 锅炉停用或锅炉用水过小亦不影响空压机冷却

D. 一般锅炉用水前亦需要过滤器，现在两系统可并用一个，另一个做备用，从另一个角度增加了系统使用时间。

2.2.2缺点

A. 对空压机散发的热量的利用率比方案低。

3.结论

相对比方案1而言，方案2热量的利用率要低不少，但是在生产使用上，方案2要比方案1更具有可行性。与原有工艺相比，方案2无疑又优越的多，相当与在冷水进锅炉之前预热，减少了锅炉加热量。

举例来说，如果采用方案2来运行，从空压机出来的淡水，水的流量为35m3/h，水温60℃，此时锅炉需要用水，则打开闸阀，热水从此支路流出进入锅炉，此时上部锅炉水罐则补充整个冷却系统里的淡水，此处的淡水温度为室温20℃，锅炉要求将水加热至100℃。

采用方案2，锅炉需提供的热量：

Q1= C M （t 1 - t 2）/ h

= 35 x 10^3 x 4.2 x 10^3 x （100-60）/0.6

= 9.8 x 10^9 J

C=4.2 x 10^3J /（kg·℃）水的比热容；M：水的质量 kg；t1：水的最终温度；t2：水的开始温度；

如果不使用方案2，直接将锅炉水罐中的淡水直接送入锅炉加热，则锅炉需要提供的热量为：

Q2=C M （t 1-t 2）/ h

=35 x 10^3 x 4.2 x 10^3 x （100-20）/0.6

=1.96X10^10 J

由此我们可以得出采用方案2，可以为锅炉省Q的热量。

Q=Q2 - Q1。

=1.96 x 10^10 J - 9.8 x 10^9 J

=9.8 x 10^9 J

这只是一个小时的热量，按一天24个小时，每年365天计算，则每年可以为锅炉节省：

Q3=Q x T

=365 x 24 x 9.8 x 10^9 J

=8.58 x 10^13J（T： 时间）

而平台上锅炉加热一般是用柴油，柴油的热值为J1=46.04MJ/kg。

M1=Q3/J1

=8.58 x 10^13 / 4.604 x 10^7

=1.86 x 10^6 kg

所以采用方案2，每年可以为平台节省1.86 X10^6kg柴油。

4.结束语

空压机系统是海上平台必不可少的设备，因其工作原理在工作的时候不可避免的散发出大量的热量。本文通过分析现有实际运行的工艺管路系统，在利用空压机余热的理论指导下重新设计系统工艺，得出两种方案：1、在最大程度上的利用余热方案；2、变动量小并结合实际的方案。通过比较分析，得出最实际可行的方案。随着陆地石油资源的日亦枯竭，海上石油将会是未来石油行业发展的重点，在未来几年里会有更多的平台投入使用，因此此余热回收方案具有广阔的应用推广前景。（作者单位：油建公司深圳油田建设分公司）