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空压机冷却效果是检测与改进

    压缩机在压缩过程中,会放出更多的热量,如果散热不好,就会造成排气温度过高,破坏压缩机性能。如果压缩过程散热充分,压缩过程就接近等温过程,压缩机功耗较小。

    反之,压缩过程就接近绝热过程,压缩机功耗较大。因此,控制压缩机冷却效果是保证压缩机工作效率、较少耗能的关键环节。
  1 空气压缩机冷却系统简介

  空气压缩机的冷却系统一般由气缸水套、中间冷却器、后冷却器、油冷却器、水泵、管路、喷水装置、冷却水池组成。冷却方式分为循环供水冷却和直流供水冷却两种,在空压机运行过程中多采用循环供水系统。

    在循环供水系统中,空压机的冷却原理是通过水泵直接压送冷却水进入汽缸内壁与缸套,在两者之间的空隙内流动,然后冷却水顺序经过中冷器、各级气缸水套,最后经后冷器排出,实现空压机冷却。

  2 提高空压机冷却效果的措施

  2.1 设置冷却水过滤器

  当空气被压缩并冷却后,大气中的水分凝结成水,此过程中会吸入空气中含有的少量铜精矿粉末,粉末中存在一定数量的硫及硫化物,在一定的温度下,与水发生化学反应生成酸。

    空气压缩机冷却室材质为铸钢,酸与铁生成铁化合物,随着使用时间的增加,对中间冷却气室内部造成较严重的腐蚀,形成大小不一的削片,削片脱落后留存于中间冷却室内,堵塞冷却室内排水孔,导致冷凝水无法排出,后逐步堵塞中间冷却器中的翅片,造成压缩空气冷却效果差,导致级间温度升高,引起报警,造成停机。

    针对这种由于杂质造成的堵塞情况,可根据现场实际情况,设计制作冷却水过滤器,将其安装在冷却水进水总管上。此过滤器外观为圆柱形,增加一道过滤装置,水流经后,杂质被阻止在滤网四周,洁净水通过滤网经出水管流出,提高冷却效果。

  2.2 控制进水量

  冷却水量直接影响着空压机的冷却效果。空气压缩机的循环水量应为空气压缩机工作台数所需要的水量之和。从物理学的角度分析,空压机的冷却水量与冷却水进入机组的压力密切有关。

    一般规定进入机组的下限给水压力不小于 0.12MPa.给水压力增大,进入机组水冷系统的水量也增加,冷却效果好。但水压太大,中间冷却器端管板处会发生渗水、漏水而妨碍机组的正常工作,水窜入二级气缸产生水击,严重时甚至造成气缸破坏事故。

    同时,水压过大,流速将随之增加,耗水量也增加,这也是不经济的,故在调节水压之前,必须确定每台空压机冷却水的消耗量。每台空压机冷却水的消耗量可按设备技术性能要求确定,或按下式计算:Q=60qV p,1/k式中:Q―每台空压机每小时所需冷却水量,1/h;V p―空压机排气量,m 3 /min;q―冷却 1m 3空气的需水量。

  然后根据冷水量,将水泵阀门开至最大,并在热水井上安装一台液位变送器,水位值会以标准的电信号传输至变频器,根据工艺要求在变频器上设置一个能使水不被抽干并适应液位变化速率的水位值,这时,变频器就会根据冷水量及水位的不同自动调节电机的转速来适应工作需要。再用闸阀调节进水压力,用水泵直接压送冷却水到机组水冷系统中,水泵扬程可按进入机组的水压为0.2MPa 计算决定,合理控制水压,进而提高冷却效果。

  2.3 改造压缩机中间冷却器

  中间冷却器投入运行一段时间后,换热器盘管内外表面腐蚀,结垢严重,换热效果下降,中间冷却器出口风温升高,致使压缩机排气温度升高,冷却难度加大,排气量不足,功耗增加。为了改善中间冷却器的冷却效果,可将其由原来的翅片管式换成挤压叠片管式,改造初期效果明显,但一段时间后冷却效果又开始下降。针对以上情况,笔者认为治标不如治本,可以在中冷器循环冷却水入口加装水除垢仪或离子棒,可以起到除垢防垢的作用。

    另一项措施是采用新型不锈钢波纹管代替列管式换热器中的直管。由于不锈钢波纹管的波峰与波谷之间高度为 10 mm 左右,管内流动分为等直径流速型式和弧形流速型式,导致流速和压力周期性地变化,冷热流体流动时会产生强烈扰动,使流体的流动状态达到充分湍流,极大破坏了边界层和污垢层的实际厚度,因此比直管的换热系数明显提高。

    针对在高低压缸之间设有级间冷却作用的两级中间冷却压缩机,设计中间冷却器时,力图在定压条件下,使压气温度冷却至低压缸的吸气状态,以降低排气温度,增大排气量,并使两级功耗之和最少。但事实上,很难保证气体在中间冷却器内得到完善冷却,即冷却后的气体温度仍高于吸气温度,气体体积大于完善冷却时的体积。

  针对这种情况,由于高压缸的容积是固定的,所以可以增大中间冷却器中的级间压力,减小高压缸体积,重新分配压缩比,使压气温度冷却接近低压缸的吸气状态,提高冷却效果。

  2.4 增设进水管道

  针对进水管路比较细的水泵,当其直径小于出水管路时,管路阻力较大,造成水泵流量偏小,水泵的效率很低,不能满足多台空压机的冷却需要,一旦多台空压机及后冷却器的闸阀全部打开,进水管路限制了流量的增加,不能满足需求。

    另外由于水泵出口只有逆止阀而无闸阀调节,冷热水池水量极度不平衡,我公司的冷水池偏小,半个小时就将冷水池的水泵干了,空压机就会由于缺水、超温而停车。为此,在技术改造时,利用备用泵的两趟进水管路进行改造,由闸阀控制、冷水泵及热水泵的进水管道由一根变为两根,增加了等效管径,减小了吸水阻力损失,使之流量增加以满足需求。热水泵也同样由两根进水管路组成,两台水泵的流量几乎一致,冷热水能够平衡,提高冷却效果。

  2.5 控制气缸水套进水温度

  空压机水冷却的主要目是导走活塞与缸壁的摩擦热。一般情况,空气中总含有一定的水分,湿空气经压缩后,水蒸汽饱和温度 Ts 相应提高。当缸壁温度低于饱和温度时,与缸壁接触的那部分气体中的水蒸汽便放出汽化潜热而在缸壁表面上凝结为水,使气缸的润滑恶化,增加磨损。缸壁温度愈低,凝结水就愈多。当这些水因不能及时排走时,降低气缸容积系数,减少排气量,导致气缸水冷却效果减弱。

    因此,气缸水套的进水温度应根据缸内蒸汽的饱和温度来确定,一般为3035℃。在气温低、相对湿度小的地区(如:西安),也可考虑并联冷却系统。

  2.6 提高缸壁和管壁的传热系数由传热学知,缸壁和管壁的传热系数随水垢厚度的增加而减小,同时也引起空压机冷却效果的降低。而在水套表面和冷却管外壁面上产生水垢又是不可避免的。

    六偏磷酸钠(NaPO 3)6是一种易溶于水的化学药剂,与钙、镁的盐类沉淀物作用,生成一种类似胶状体的非常稳定的复盐 Na 2 <CaNa 2(PO 3)6 >,使冷却系统内部的水垢成为溶解性复盐,呈现安定状态。

    同时,具有稳定重碳酸盐的特性,能保持水溶液中过饱和重碳酸盐的稳定状态。因此,利用六偏磷酸钠处理冷却水不但可以防止冷却水中碳酸盐类的沉淀产生,而且能消除已结成的垢物,增大缸壁和管壁的传热系数,从而提高冷却效果。


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