摘 要：在分析了空壓機(jī)工作的原理，得出空壓機(jī)系統(tǒng)在工作過程中不可避免的要散發(fā)出大量的熱量。結(jié)合流花某平臺(tái)上的空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)，在將空壓機(jī)系統(tǒng)余熱回收的理論指引下，通過分析現(xiàn)有的空壓機(jī)冷卻工藝并結(jié)合實(shí)際，重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)冷卻工藝。通過比較在根據(jù)余熱利用率和實(shí)用性兩個(gè)方面而重新設(shè)計(jì)的兩種工藝，得出一個(gè)既能利用余熱有比較切實(shí)可行的方案。結(jié)合空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)的原始資料大致算出利用此方案一年可以節(jié)省的熱量。并分析國內(nèi)外現(xiàn)狀，預(yù)測未來石油行業(yè)的發(fā)展趨勢，得出余熱回收方案具有很大的應(yīng)用前景，具有相當(dāng)大的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；余熱回收；工藝；改造

前言

空壓機(jī)是一種對氣體進(jìn)行壓縮的機(jī)械設(shè)備。氣體的壓縮依靠容積的變化來實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機(jī)的一對轉(zhuǎn)子在機(jī)殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到?？諝獗粔嚎s后也就是對空氣做了功，其溫度必然要升高，再經(jīng)過熱能的傳遞，傳到缸體上，缸體發(fā)熱，過熱就會(huì)出現(xiàn)所排出的空氣溫度超過規(guī)定值。而過高的溫度也會(huì)使機(jī)體內(nèi)轉(zhuǎn)子和軸承材料的物理系數(shù)值產(chǎn)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使整個(gè)主機(jī)抱死出現(xiàn)停跳現(xiàn)象，雖然空氣壓縮機(jī)廠家都對高溫加裝了保護(hù)裝置，但故障的存在也會(huì)使該保護(hù)裝置頻繁動(dòng)作，影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)。故而空壓機(jī)的冷卻就變的格外重要了。一般現(xiàn)在國內(nèi)主要采用水冷或風(fēng)冷這兩種辦法，風(fēng)冷要求在空氣流通順暢的地點(diǎn)，水冷則在空間上沒有要求，而且十分有利于空壓機(jī)的使用壽命。

1.背景現(xiàn)況

流花某平臺(tái)日用空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)現(xiàn)在使用的冷卻系統(tǒng)流程如下：

A. 使用冷淡水進(jìn)空壓機(jī)系統(tǒng)冷卻；

B. 空壓機(jī)系統(tǒng)出來的熱淡水經(jīng)管線流至離心泵，通過離心泵加壓使之送至板式換熱器；

C. 使用冷卻海水通過板式換熱器給淡水降溫；

D. 熱淡水在經(jīng)過板式換熱器時(shí)冷卻使之成為冷淡水，同時(shí)冷卻海水通過換熱變?yōu)闊岷Ｋ?/p>

E. 冷卻淡水進(jìn)入空壓機(jī)系統(tǒng)使之降溫；

F. 熱海水經(jīng)海水排空匯總管外排；

G. 以此往復(fù)，使之循環(huán)，使空壓機(jī)系統(tǒng)得到降溫；

H. 淡水使用中如有損耗，通過水箱自動(dòng)補(bǔ)充淡水，水箱內(nèi)水位則使之保持在一個(gè)水位之上。工藝圖如下：

圖1 空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)原有工藝

現(xiàn)有的該系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際的運(yùn)行表明能有效的給空壓機(jī)降溫，使空壓機(jī)能夠穩(wěn)定有效的運(yùn)行。由于在空壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)冷卻介質(zhì)是淡水，使得管線的腐蝕情況得到有效改善，空壓機(jī)系統(tǒng)的管線的使用壽命同時(shí)也大大提升。

2.改進(jìn)目標(biāo)

使用該系統(tǒng)雖然能有效解決空壓機(jī)冷卻問題，但是空壓機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量卻是直接浪費(fèi)掉了?，F(xiàn)在就是能否重新設(shè)計(jì)工藝，在不影響壓縮機(jī)正常運(yùn)行的前提下，將空壓機(jī)壓縮空氣做功產(chǎn)生的熱量代替用于其它工藝中需要的用于給原水加熱的能源，從而減少了用于空壓機(jī)冷卻以及生產(chǎn)工藝加熱的能耗，同時(shí)在原有空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改造，減少一部分冷卻系統(tǒng)的使用量以達(dá)到減少了冷卻系統(tǒng)的能耗的目的。使得這部分熱量能夠被利用起來。這樣既能夠冷卻空壓機(jī)系統(tǒng)，又能夠給加熱其他需要熱量的系統(tǒng)。既達(dá)到了節(jié)能減排的效果，又具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2.1更改工藝方案1

改造現(xiàn)有系統(tǒng)，將平臺(tái)鍋爐進(jìn)水管線連接至空壓機(jī)冷卻管線系統(tǒng)中，使用空壓機(jī)運(yùn)行過程中排放出來的余熱加熱鍋爐進(jìn)水管中的冷水。這樣既可以冷卻空壓機(jī)系統(tǒng)，使之良好運(yùn)行，又可以預(yù)熱鍋爐進(jìn)水，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

更改之后的工藝圖如下：

圖2 空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)改進(jìn)工藝1

2.1.1優(yōu)點(diǎn)

工藝結(jié)構(gòu)簡單，更改后整個(gè)系統(tǒng)用鍋爐給水冷卻空壓機(jī)系統(tǒng)，冷卻水從空壓機(jī)系統(tǒng)出之后直接送往鍋爐。這樣就盡可能把空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中壓縮空氣做工所產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)換為鍋爐用水的內(nèi)能，減少了鍋爐燃料的使用，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.1.2缺點(diǎn)

單純從工藝上看，這樣沒有問題，但是在實(shí)際操作中會(huì)遇到如下問題：

A. 鍋爐用水和空壓機(jī)系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，并不存在聯(lián)動(dòng)性。所以在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)遇到如下情況：空壓機(jī)需要冷卻，但是鍋爐卻不需要進(jìn)水；或者鍋爐進(jìn)水量過小不能有效冷卻空壓機(jī)，這些都會(huì)帶來問題。

B. 生產(chǎn)中亦會(huì)遇到如下狀況：空壓機(jī)系統(tǒng)因?yàn)橛龅焦收隙C(jī)或停機(jī)檢修，安照本工藝運(yùn)行的話，則鍋爐同時(shí)也無水可燒。

2.2更改方案2

在原有工藝的基礎(chǔ)上，將提供淡水的膨脹水箱替換成鍋爐水罐，在淡水出空壓機(jī)系統(tǒng)后開一個(gè)旁路，加一個(gè)開關(guān)閥，將之引至鍋爐。工藝圖如下：

圖3 空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)改進(jìn)工藝2

按照此工藝正常工作，流程如下

A. 冷淡水從鍋爐水罐出來匯合從空壓機(jī)出來的熱淡水，進(jìn)入離心水泵加壓；

B. 混合淡水從離心水泵出來進(jìn)交換器冷卻；

C. 從交換器出來的冷淡水進(jìn)入空壓機(jī)系統(tǒng)用來冷卻過熱的空壓機(jī)機(jī)組；

D. 從空壓機(jī)組出來的熱水一部分進(jìn)入鍋爐用做鍋爐用水，一部分混合鍋爐罐來水；

E. 混合淡水通過過濾器進(jìn)入離心水泵進(jìn)行加壓。

F. 重新進(jìn)入2，以此往復(fù)循環(huán)。

2.2.1優(yōu)點(diǎn)

A. 在現(xiàn)有的工藝基礎(chǔ)上改造，利用現(xiàn)有設(shè)施，改動(dòng)量小；

B. 現(xiàn)在兩個(gè)系統(tǒng)則相對獨(dú)立，空壓機(jī)系統(tǒng)檢修或故障不影響鍋爐用水使用

C. 鍋爐停用或鍋爐用水過小亦不影響空壓機(jī)冷卻

D. 一般鍋爐用水前亦需要過濾器，現(xiàn)在兩系統(tǒng)可并用一個(gè)，另一個(gè)做備用，從另一個(gè)角度增加了系統(tǒng)使用時(shí)間。

2.2.2缺點(diǎn)

A. 對空壓機(jī)散發(fā)的熱量的利用率比方案低。

3.結(jié)論

相對比方案1而言，方案2熱量的利用率要低不少，但是在生產(chǎn)使用上，方案2要比方案1更具有可行性。與原有工藝相比，方案2無疑又優(yōu)越的多，相當(dāng)與在冷水進(jìn)鍋爐之前預(yù)熱，減少了鍋爐加熱量。

舉例來說，如果采用方案2來運(yùn)行，從空壓機(jī)出來的淡水，水的流量為35m3/h，水溫60℃，此時(shí)鍋爐需要用水，則打開閘閥，熱水從此支路流出進(jìn)入鍋爐，此時(shí)上部鍋爐水罐則補(bǔ)充整個(gè)冷卻系統(tǒng)里的淡水，此處的淡水溫度為室溫20℃，鍋爐要求將水加熱至100℃。

采用方案2，鍋爐需提供的熱量：

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·℃）水的比熱容；M：水的質(zhì)量 kg；t1：水的最終溫度；t2：水的開始溫度；

如果不使用方案2，直接將鍋爐水罐中的淡水直接送入鍋爐加熱，則鍋爐需要提供的熱量為：

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

由此我們可以得出采用方案2，可以為鍋爐省△Q的熱量。

△Q=Q2 - Q1。

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

=9.8 x 10^9 J

這只是一個(gè)小時(shí)的熱量，按一天24個(gè)小時(shí)，每年365天計(jì)算，則每年可以為鍋爐節(jié)?。?/p>

Q3=△Q x T

=365 x 24 x 9.8 x 10^9 J

=8.58 x 10^13J（T： 時(shí)間）

而平臺(tái)上鍋爐加熱一般是用柴油，柴油的熱值為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，每年可以為平臺(tái)節(jié)省1.86 X10^6kg柴油。

4.結(jié)束語

空壓機(jī)系統(tǒng)是海上平臺(tái)必不可少的設(shè)備，因其工作原理在工作的時(shí)候不可避免的散發(fā)出大量的熱量。本文通過分析現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行的工藝管路系統(tǒng)，在利用空壓機(jī)余熱的理論指導(dǎo)下重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)工藝，得出兩種方案：1、在最大程度上的利用余熱方案；2、變動(dòng)量小并結(jié)合實(shí)際的方案。通過比較分析，得出最實(shí)際可行的方案。隨著陸地石油資源的日亦枯竭，海上石油將會(huì)是未來石油行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，在未來幾年里會(huì)有更多的平臺(tái)投入使用，因此此余熱回收方案具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。（作者單位：油建公司深圳油田建設(shè)分公司）