淺談CNG加氣站壓縮機冷卻技術

鐘 慶,張琪云，趙曉娟

(1．華油天然氣股份有限公司，四川 成都 610100；2. 成都欣益嘉化工產品有限公司，四川 成都 610052)

淺談CNG加氣站壓縮機冷卻技術

鐘 慶1,張琪云2，趙曉娟1

(1．華油天然氣股份有限公司，四川 成都 610100；2. 成都欣益嘉化工產品有限公司，四川 成都 610052)

壓縮機冷卻是保證壓縮機使用性能和效率的重要環節，壓縮機性能的好壞直接影響到整個加氣站運行的可靠性和經濟性。本文介紹了3種常用的壓縮機冷卻方法及適用場合，并通過閉式水循環系統冷卻技術在CNG加氣站的應用實例，對比分析了閉式水循環系統和傳統的開式水循環系統在CNG加氣站應用中的性能優勢和價值優勢。

CNG加氣站；壓縮機；冷卻；閉式水循環

壓縮機是整個CNG加氣站的心臟，是將原料天然氣壓縮加壓使之壓力升高而不大于25MPa的設備，天然氣壓縮機在運轉期間，天然氣經壓縮后，壓力升高，氣體溫度升高，氣缸和填料的工作表面溫度升高，機身潤滑油溫度也隨之升高。因此，在壓縮機運轉時，需要進行級間、終級、氣缸、填料、潤滑油等的冷卻，保證壓縮機有一個完美的熱力循環，使高溫零件得以降溫，潤滑油溫不致過高而降低潤滑性能等[1]。

目前CNG加氣站采用的壓縮機冷卻技術主要有：風冷式、水冷式和水風混合冷卻式(以下簡稱混冷式)等3種。

1 CNG站常用的壓縮機冷卻方式[2]

1.1 風冷式

風冷式壓縮機的壓縮天然氣采用冷卻器強制風冷，氣缸與填料采用自然冷卻，潤滑油在管路中閉式循環，高溫油管路采用強制風冷。風冷式壓縮機比較適用于寒冷地區及缺水地區。風冷式壓縮機系統工藝流程見圖1。

圖1 風冷式壓縮機工作流程圖

1.2 水冷式

壓縮天然氣、氣缸與填料水套和潤滑油采用開式(閉式)循環水冷卻。冷卻循環水因冷卻氣體、氣缸與填料水套、潤滑油而升溫后，再送至冷卻塔在環境空氣中冷卻降溫，然后再通過水泵進行循環使用。水冷式壓縮機系統工藝流程見圖2。

圖2 水冷式壓縮機工作流程圖

開式水循環系統循環水冷卻塔采用風機促進蒸發降低水溫。由熱交換器來之高溫冷卻水淋灑于散熱材表面，直接與空氣接觸，其熱量直接由空氣帶走，根據水溫指標，控制風扇的開啟，達到冷卻的目的。冷卻水常被吹失，必須不斷補給新鮮水。

閉式冷卻水循環系統采用封閉式冷卻設備，循環水在管中流動，管外通常用二次冷卻水或風散熱。除換熱設備的物料泄漏外，沒有其他因素改變循環水的水質。為了防止在換熱設備中造成鹽垢，有時冷卻水需要軟化。為了防止換熱設備被腐蝕，常加緩蝕劑，檢修時排放的冷卻水應妥善處置。

1.3 混冷式

混冷式壓縮機的各級排氣后的氣體、機身潤滑油等的冷卻采用閉式循環水冷卻。閉式循環是指循環水始終處于密閉系統內，循環水的熱量通過冷卻器上的風扇進行強制換熱冷卻。混合冷卻是指壓縮機靠水冷卻、水靠風扇冷卻的混合冷卻方式。混冷式壓縮機系統工藝流程見圖3。

圖3 水冷式壓縮機工作流程圖

三種CNG站壓縮機冷卻方式在工業上均有應用，水冷式效果最好，水風混冷式效果其次，風冷式效果較差。與水冷式相比，風冷式、混冷式具有制造成本較高，振動和噪音較大，運行冷卻效果較差等特點。水冷式占地面積較大，但冷卻效果最好,在CNG加氣站中應用較為廣泛。風冷式CNG壓縮機具有全天候地域運行的極強適應性，在水冷式壓縮機難以適應的高寒、缺水地區也能正常工作，表現出獨特優點。風冷式冷卻法在高海拔高寒地區應用較多。

2 壓縮機水冷卻技術在CNG站應用實例

目前，水冷式分為開式水循環系統和閉式水循環系統2種。傳統的開式水循環系統存在腐蝕、結垢、清洗、防凍、能耗高等一系列問題；閉式水循環系統則有效地解決了開式水循環系統在運行過程中存在的問題，具有較強的技術優勢。

某CNG加氣站原采用50噸主機冷卻塔開式循環冷卻水系統，開式冷卻循環系統的冷卻原理是由熱交換器來之高溫冷卻水淋灑于散熱材表面，直接與空氣接觸，其熱量直接由空氣帶走以達降溫效果。如圖4所示。開式冷卻循環水系統中循環水流與大氣接觸，灰塵、微生物等進入循環水，以及二氧化碳的逸散和換熱設備中物料的泄漏等原因，循環水濁度變高、懸浮物含量高、硬度較高，甚至含油，菌藻滋生嚴重，水質較差。為此，循環冷卻水常需進行沉積物控制、腐蝕控制和微生物控制，生產成本增高。且由于水分蒸發，循環水濃縮促進鹽分結垢，冷卻水的循環使用，對換熱器帶來腐蝕、結垢和粘泥問題，尤其是管間環隙結垢相當嚴重，甚至被堵死，冷卻效果極差，對壓縮機的安全、穩定、長期運行構成了較大危害[3]。長期使用后，該站壓縮機效率降低，耗電量增加，維護成本增加，清洗頻率增加，清洗藥劑使用量增多，嚴重影響了該站的正常生產運行。

圖4 原開式冷卻水循環系統工作流程圖

由于該加氣站運行年限較長，冷卻塔使用時間較長，在原冷卻塔的基礎上進行技術改造費用較高，且無法從根本上解決腐蝕、結構、冷卻效果差等問題。因此該站引進閉式循環水冷卻塔，通過技術改造將原開式循環冷卻水系統改為閉式冷卻水循環系統，閉式冷卻循環系統的冷卻原理是由熱交換器來之一次側高溫冷卻水，進入冷卻塔之冷卻盤管內循環，冷卻塔另有二次側冷卻水循環系統，即一次側冷卻水之熱量經由二次側冷卻水吸收，二次側冷卻水之熱量再由空氣吸收帶走，以達降溫效果。如圖5所示。

圖5 閉式冷卻水循環系統工作流程圖

該CNG加氣站經過改造后，壓縮機運轉效率大大提高。全年可節省用電4萬度，節省用水50方，全年節約水電費約6萬元，全年節約循環水加藥費約0.4萬元，全年節約維護保養費約0.2萬元，全年降低生產成本約6.6萬元。設置開放式冷卻塔約兩年之花費即同密閉式冷卻塔。

對于北方嚴寒地區采用閉式冷卻水循環系統，為避免冬季二次側冷卻水結冰，可考慮在冷卻水塔增設電加熱器和溫度傳感器，當溫度低于某設定臨界溫度時，電加熱器自動啟動；當冷卻水溫度高于某設定臨界溫度時，電加熱器自動關閉。

3 結語

綜上所述，水冷式冷卻效果最好,在CNG加氣站中應用較為廣泛。前文中某CNG加氣站依靠開式冷卻水循環系統，出現腐蝕、結垢、清洗、維護費高等一些列問題。在引進了閉式冷卻水循環系統后，避免了水垢侵入主機熱交換器內造成難以克服的阻抗，避免了熱交換器內結垢造成阻塞，減少循環水的排放量和飛濺損失，減少了藥劑使用量，減少了環境污染，降低了維護保養費用，保障了CNG加氣站安全、高效、平穩運行。

[1] 陳全樹.壓縮機級間冷卻對能耗及脫水效果的影響[J].煤氣與熱力，2010，30(7)：01-03.

[2] 王志峰,申小軍,于英蓮. 東北地區CNG壓縮機冷卻方式的選擇[J]. 煤氣與熱力, 2011 , 31 (8) :23-26.

[3] 馮興全，等.全水冷CNG壓縮機冷卻系統的結垢、腐蝕控制及技術改進[J]. 壓縮機技術， 2002 (6) :33-35.

IntroductiontoCNGGasCompressorCoolingTechnology

ZhongQing1，ZhangQiyun2,ZhaoXiaojuan1

(1.China Natural Gas Co. Ltd., Chengdu 610100,China; 2. Chengdu Xin Yi Jia Chemical Products Co.，Ltd.,Chengdu 610052,China)

Compressor cooling is the important link to ensure the compressor performance and efficiency，the compressor performance has a direct impact on the whole stations running reliability and economy. This paper introduces three kinds of commonly used compressor cooling method and the applicable occasions，and through the application examples of the Closed water circulation system Cooling technology in the CNG stations , to comparative analyze the performance advantage and value advantage of the Closed water circulation system and the traditional open water circulation system.

CNG stations;compressor;cooling;closed water circulation

2017-09-20

鐘 慶(1968—)，四川自貢人，助理工程師，主要從事石油天然氣相關技術工作。

TH45

A

1008-021X(2017)22-0105-03

(本文文獻格式：鐘慶,張琪云，趙曉娟.淺談CNG加氣站壓縮機冷卻技術[J].山東化工，2017，46(22)：105-107.)