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如何清洗天然氣壓縮機？

如何用化學(xué)清洗的方式清洗壓縮機的冷卻系統(tǒng)?: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-09-23

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天然氣壓縮機冷卻器清洗加壓站集氣站化學(xué)清洗壓縮機清洗[簡介] 本文根據(jù)國內(nèi)高海拔高寒地區(qū)的環(huán)境條件，提出CNG加氣站建設(shè)所需CNG壓縮機的要求，著重分析探討了適應(yīng)該地區(qū)條件的CNG壓縮機冷卻系統(tǒng)設(shè)計的方案對策，并提出優(yōu)選方案。 1 前言壓縮天然氣（CNG）作為汽車燃料，具有經(jīng)濟性、安全性、環(huán)保性等優(yōu)點，已是各國公認的最現(xiàn)實最理想的汽車清潔燃料。大力推廣天然氣汽車，能顯著地減少城市大氣環(huán)境污染，環(huán)保效益十分顯著，對促進天然氣產(chǎn)業(yè)健康快速發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)多元化都有重要戰(zhàn)略意義。因此，在國家大力提倡綠色能源的背景下，積極挖掘天然氣能源潛力，廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，減少汽車對汽油的依賴，是我國能源接替戰(zhàn)略的一個重要發(fā)展方向。隨著我國西氣東輸工程的投入使用，CNG技術(shù)在各地的應(yīng)用更加廣泛，不僅在天然氣管網(wǎng)發(fā)達的四川、重慶等省市得到廣泛應(yīng)用。而且，在華東、中南、華北地區(qū)也從2006年起開始大面積啟動，在西寧、新疆等高海帕高寒的西北地區(qū)現(xiàn)已建成部分加氣站，但與市場的需求量來看，加氣站能力已不能滿足市場的需要，仍面臨必須增加CNG站的數(shù)量及對原加氣站的擴容。尤其對CNG站的關(guān)鍵核心設(shè)備天然氣壓縮機如何適應(yīng)及滿足高海帕、嚴(yán)寒、缺水、濕熱等地區(qū)應(yīng)用提出更高要求。因此，在設(shè)計壓縮機時必須要有一個高的起點，在技術(shù)上應(yīng)充分保證壓縮機應(yīng)能滿足運行地域廣泛、氣象條件惡劣等工況的要求，滿足持久、安全、可靠的運行。本文依據(jù)近年來CNG站建設(shè)的實踐經(jīng)驗，就高海帕高寒地區(qū)CNG壓縮機冷卻系統(tǒng)設(shè)計的方案對策，進行分析探討，并提出優(yōu)選方案，供同行參考商榷。2 高海帕高寒地區(qū)工況特點2.1 環(huán)境條件年極端最高氣溫： 35.2℃ 年極端最低氣溫： -28.2℃ 最熱月平均最高氣溫： 24.5℃ 最冷月平均最低氣溫： -13℃年平均相對濕度： 67％年平均氣壓： 98.2kPa2.2 工況特點最熱月平均最高氣溫不高，最冷月平均最低氣溫較低，且低于0℃ ，風(fēng)沙揚塵較大。CNG壓縮機具有運行地域極為廣泛、氣象條件差異極大的特點：嚴(yán)寒、高海拔、缺水、濕熱等惡劣氣候條件。3 壓縮機冷卻部位和作用天然氣壓縮機在運轉(zhuǎn)期間，天然氣經(jīng)壓縮后，不僅壓力升高，而且氣體溫度升高，氣缸和填料的工作表面溫度也隨之升高，機身潤滑油溫度也隨之升高。因此，在壓縮機運轉(zhuǎn)時，需要進行級間、終級、氣缸、填料、潤滑油等的冷卻。3.1 級間冷卻經(jīng)過壓縮的天然氣要使用級間冷卻器進行級間冷卻，以保證下一級壓縮后溫度不致于超過規(guī)定溫度。壓縮氣體的級間冷卻優(yōu)劣直接影響到壓縮機工作的可靠性與經(jīng)濟性。終級冷卻終級壓縮的天然氣要使用終級冷卻器進行終級冷卻，以保證壓縮機終級排出的天然氣溫度符合規(guī)定要求，即壓縮天然氣溫度低于45℃或不高于環(huán)境溫度15℃的要求；同時，可減小氣體流動阻力損失或減小氣體管道直徑。經(jīng)終級冷卻器冷卻后，使天然氣溫度降低，使氣體中所含水分與油霧便于分離，以改善氣體品質(zhì)。氣缸和填料冷卻為使壓縮機能正常運行，通過冷卻帶走氣缸和填料的部分熱量，減小摩擦磨損，因此，應(yīng)對氣缸進行冷卻。機身潤滑油冷卻要使?jié)櫥筒恢乱驕囟冗^高引起潤滑性能變化，同時，使傳動機構(gòu)各運動部位散熱降溫，潤滑油也必須進行冷卻，使油溫保持在合適的范圍內(nèi)。4 對冷卻系統(tǒng)與設(shè)備的要求依據(jù)高海帕高寒地區(qū)工況特點，對冷卻系統(tǒng)與冷卻設(shè)備的總體要求如下：（1）必須滿足熱力設(shè)計中對各級間冷卻與終級冷卻的溫度要求，即能釋放所應(yīng)導(dǎo)走的熱量，滿足壓縮氣體冷卻的要求，壓縮機終級氣體排氣溫度低于45℃或不高于環(huán)境溫度15℃的要求。（2）滿足潤滑油冷卻散熱的要求。（3）壓縮機停機后，冷卻介質(zhì)防凍的要求。（4）總傳熱系數(shù)高，使冷卻器結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕。（5）流動阻力損失小。在氣側(cè)可減小壓縮機所消耗的功，也可減少熱交換器的熱負荷。（6）系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，便于清洗維修。5 設(shè)備設(shè)計對策鑒于高海帕高寒地區(qū)工況特點及對設(shè)備的要求，壓縮機的冷卻方式有全風(fēng)冷式、循環(huán)水冷式和水風(fēng)混合冷卻式等三種設(shè)計方案對策。5.1 采用風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)方案壓縮天然氣采用空冷卻器強制風(fēng)冷卻，氣缸與填料水套和潤滑油采用閉式循環(huán)水（環(huán)境溫度低于0℃是采用防凍液）冷卻，適用于高寒地區(qū)及特別缺水地區(qū)。（1）氣體的冷卻根據(jù)氣體流動傳熱原理，使增壓后的高溫天然氣在不銹鋼翅片管做成的換熱器內(nèi)流動，風(fēng)機產(chǎn)生的冷卻空氣則垂直于換熱管束流過，使換熱器熱量快速傳遞，將天然氣的熱量帶走，達到風(fēng)冷卻器強制冷卻的目的。天然氣空冷卻器采用高翅片以達到高效換熱效果，按照使用當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件設(shè)計，保證可以在復(fù)雜的氣候條件下有效地工作，使出口處的天然氣溫度不高于45℃或不比環(huán)境溫度高15℃。天然氣氣路系統(tǒng)流程見圖1。（2）氣缸和填料水套的冷卻普通全風(fēng)冷式壓縮機的氣缸不設(shè)置散熱翅片而采用自然冷卻，機身潤滑油則采用翅片管冷卻器由風(fēng)扇強制冷卻。但為保證氣缸和填料水套的熱量能有效帶走，減小摩擦磨損，有效延長壽命，本文作者推薦壓縮機主機各級氣缸和填料應(yīng)設(shè)置冷卻水套，在空冷卻器的下部設(shè)計相應(yīng)傳熱面積的翅片管冷卻器，通過空冷卻器、水泵、管道等組成閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)對其進行循環(huán)冷卻。冷卻循環(huán)液自各級氣缸進水口通過進水匯管連接在風(fēng)冷器循環(huán)水泵出口上，各級氣缸冷卻水排水口口匯于排水總管后回到風(fēng)冷器中冷卻，冷卻水流量通過排水總管上的截止閥進行控制。因冷卻氣缸而升溫的水，再通過空冷卻器釋放熱量。在環(huán)境溫度低于0℃時，采用防凍液替代冷卻水。氣缸填料和潤滑油冷卻水路系統(tǒng)流程見圖2。（3）機身潤滑油冷卻壓縮機運轉(zhuǎn)時，要使?jié)櫥筒恢乱驕囟冗^高引起潤滑性能變化，同時，使運動部位散熱降溫，潤滑油也必須進行冷卻。壓縮機機身潤滑油的冷卻一般采用專門的列管式冷卻器進行冷卻。冷卻循環(huán)液自機身油池冷卻器進水口通過進水匯管連接在風(fēng)冷器循環(huán)水泵出口上，機身油池排水口匯于排水總管后回到風(fēng)冷器中冷卻，冷卻水流量通過排水總管上的截止閥進行控制。5.2 采用水冷式冷卻系統(tǒng)方案壓縮天然氣、氣缸與填料水套和潤滑油采用開式循環(huán)水冷卻。開式系統(tǒng)是指在環(huán)境空氣中爆氣降溫的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。冷卻循環(huán)水因冷卻氣體、氣缸與填料水套和潤滑油而升溫后，再送至玻璃鋼水冷卻塔、水池進行冷卻，然后再通過水泵進行循環(huán)使用。由于此種開式系統(tǒng)中的冷卻循環(huán)水必須在環(huán)境空氣中爆氣降溫，不僅水質(zhì)不容易控制，而且還需定期補充水，并且冷卻塔與管道配置及水泵要增加一次性投資，水泵與冷卻塔中的風(fēng)扇也要消耗一定電能。在高寒地區(qū)使用采用水冷式冷卻系統(tǒng)方案還應(yīng)注意解決的問題及應(yīng)采取的對策如下：（1）在冬天使用的防凍問題及設(shè)計冷卻系統(tǒng)的對策。在室內(nèi)地下設(shè)置水容積10m3以上的水池，水泵及管道等設(shè)置在室內(nèi)，水池上的屋頂放置玻璃鋼冷卻塔。當(dāng)壓縮機在正常工作時，冷卻水因冷卻氣體而升溫后由玻璃鋼冷卻塔散熱。當(dāng)壓縮機在停止工作時，冷卻水即匯集在水池內(nèi)，由于水池設(shè)置在室內(nèi)，加之高寒地區(qū)的室內(nèi)均設(shè)有暖氣，因此，無須放掉冷卻器、氣缸水套等水路系統(tǒng)內(nèi)的余水也不致凍裂設(shè)備。（2）選擇合理的換熱器結(jié)構(gòu)型式，提高冷卻器換熱效果，使冷卻器結(jié)構(gòu)尺寸小、重量輕。應(yīng)根據(jù)壓力溫度等技術(shù)參數(shù)選擇合理的換熱器結(jié)構(gòu)型式，選擇新型高效的換熱元件。建議采用不銹鋼材質(zhì)的三維內(nèi)肋管作為換熱管，不僅可提高換熱面積，同時，可將氣體由層流變?yōu)槲闪鳎岣邆鳠嵯禂?shù)。（3）避免腐蝕結(jié)垢及便于清洗問題。循環(huán)冷卻水一般雖采用了電子除垢器或鈉離子交換軟化法進行處理，但效果不佳。循環(huán)冷卻水的水質(zhì)受各種因素的綜合影響，濁度較高（有時高達600×10-6）、懸浮物含量高、硬度較高，甚至含油，菌藻滋生嚴(yán)重，水質(zhì)較差。冷卻水的循環(huán)使用，對換熱器帶來腐蝕、結(jié)垢和粘泥問題，尤其是管間環(huán)隙結(jié)垢相當(dāng)嚴(yán)重，甚至被堵死，冷卻效果極差，對壓縮機的安全、穩(wěn)定、長期運行構(gòu)成較大危害。冷卻芯子一旦結(jié)垢，采用抽出人工清除的辦法極難清除。目前，正逐步推廣循環(huán)水流再線清洗與化學(xué)循環(huán)水流停機清洗相結(jié)合的先進可行的除垢新工藝。因此，冷卻芯子應(yīng)便于抽出清洗，換熱管要求采用不銹鋼材質(zhì)，以便于進行定期化學(xué)清洗除垢而不致化學(xué)腐蝕。5.3 采用混冷式冷卻系統(tǒng)方案將玻璃鋼冷卻塔及水池這種開式冷卻循環(huán)系統(tǒng)改為水循環(huán)風(fēng)冷卻器閉式循環(huán)系統(tǒng)，即各級排氣、氣缸填料水套、機身潤滑油等的冷卻采用閉式循環(huán)水冷卻。循環(huán)水的熱量通過翅片管式風(fēng)冷卻器進行強制換熱冷卻，循環(huán)水始終處于密閉系統(tǒng)內(nèi)。在閉式系統(tǒng)中，使冷卻循環(huán)水在冷熱交換時不和環(huán)境空氣接觸，使用含防凍液的軟化水的閉式系統(tǒng)，在防止水垢、腐蝕等方面，有著強的綜合優(yōu)勢。（1）由于采用風(fēng)扇吸風(fēng)式強制冷卻，換熱效果好，在滿足冷卻循環(huán)水量需要情況下，實際所需要的水量不大，可設(shè)計成一定容積的水箱。因此，可在水箱內(nèi)加注蒸餾水或純凈水，完全避免了冷卻水本身水質(zhì)差及蒸發(fā)濃縮等造成的腐蝕、結(jié)垢等一系列問題。特別是可以在水箱內(nèi)改加注防凍冷卻液，以適應(yīng)冬季高寒的北方地區(qū)及沙漠缺水地區(qū)。（2）對循環(huán)水進行強制冷卻的空冷卻器為低壓設(shè)備，翅片換熱管可采用鋁材或銅材制造，傳熱效果比鋼材更佳，制造難度和成本相對較低。6 冷卻方案特點比較從上述高海帕高寒地區(qū)壓縮機的冷卻方式設(shè)計方案中，可以看出，風(fēng)冷式、水冷式和水風(fēng)混冷式等三種方案，各有特點。若換熱器承擔(dān)的熱負荷相同、被冷卻的壓縮氣體的降溫相同的情況下，三種方案比較如下。6.1 冷卻效果方面水冷式效果最好，水風(fēng)混冷式效果其次，風(fēng)冷式效果較差。開式循環(huán)水冷系統(tǒng)中，冷卻水通過玻璃鋼冷卻塔噴撒，冷卻水在環(huán)境空氣中爆氣降溫徹底。壓縮天然氣經(jīng)過水冷卻器后出口處的天然氣溫度，一般不高于環(huán)境溫度10℃。采用風(fēng)冷式時，出口處的天然氣溫度一般比環(huán)境溫度高10～15℃。6.2 冷卻器體積方面水冷式體積最小，風(fēng)冷式體積較大。空氣的比熱僅為水的1/4，則所需的空氣量將為水的4倍，再由于為提高空氣側(cè)表面的換熱系數(shù)，空冷器一般采用高翅片管作換熱元件，因此，相對于水冷卻器，風(fēng)冷卻器體積就大得多。6.3 資源配置與經(jīng)濟性方面在吸排氣壓力、排氣量相同的情況下，混冷式CNG壓縮機的制造成本高于風(fēng)冷式，風(fēng)冷式CNG壓縮機的制造成本高于水冷式。但就加氣站成套設(shè)備和占地費用進行比較，由于循環(huán)水冷式壓縮機需配置循環(huán)水泵、玻璃鋼冷卻塔及盛水池、電子除垢器、水管路、水閥等，混冷式壓縮機也需配置循環(huán)水泵、風(fēng)冷器、水管路、水閥等，這些都會增加輔助設(shè)備費用和增加占地費用。可見不同冷卻方式的天然氣加氣站，其建站總費用相差不大，甚至全風(fēng)冷式CNG壓縮機可能更為經(jīng)濟。6.4 運行與維護方面全風(fēng)冷式CNG壓縮機無需增添一整套的管道、泵、水處理輔助設(shè)備，空氣可免費取得；由于水冷式系統(tǒng)存在腐蝕、結(jié)垢、清洗等一系列問題，風(fēng)冷系統(tǒng)的維護費用一般為水冷系統(tǒng)的20%-30%，加上目前世界水資源供應(yīng)形勢日趨嚴(yán)峻，故風(fēng)冷的優(yōu)越性亦愈來愈突出。6.5 振動與噪聲方面采用同樣的成橇方式，水冷式壓縮機的振動遠小于全風(fēng)冷式CNG壓縮機。在無特殊降聲措施如設(shè)置隔聲罩，全風(fēng)冷式CNG壓縮機的噪聲遠高于水冷式。7 結(jié)論綜上分析討論，茲得出如下結(jié)論：（1）風(fēng)冷式CNG壓縮機具有全天候地域運行的極強適應(yīng)性，在水冷式壓縮機難以適應(yīng)的高寒、缺水地區(qū)也能正常工作，表現(xiàn)出獨特優(yōu)點。本文推薦采用的風(fēng)冷式系統(tǒng)中，壓縮機氣缸填料、潤滑油采用一套由較小的風(fēng)冷器、管道、泵等組成的閉式循環(huán)系統(tǒng)，比氣缸無散熱翅片而是自然冷卻，各級氣體冷卻器、機身潤滑油冷卻器采用翅片管式的全風(fēng)冷式系統(tǒng)更優(yōu)越。（2）根據(jù)壓縮機個體的具體情況，客觀、科學(xué)地選擇壓縮機的冷卻方式。既不能認為水冷式壓縮機一定安全可靠、排氣溫度低，也不能認為風(fēng)冷式壓縮機排氣溫度一定高。（3）機身油池和氣缸填料潤滑注油器中設(shè)置防爆型電加熱器，保證在高寒地區(qū)運行可靠。: 回答者：網(wǎng)友

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