陳偉（安康市逸華天然氣有限公司，陜西 安康 725000）

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往復(fù)式壓縮機(jī)的冷卻與節(jié)能

陳偉
（安康市逸華天然氣有限公司，陜西 安康 725000）

當(dāng)前在往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)展過程中其能耗是重要問題，往復(fù)式壓縮機(jī)的冷卻與節(jié)能技術(shù)在其整體應(yīng)用中體現(xiàn)出十分重要的位置，在這方面開展深入的研究具有必要性。本文首先分析了往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮過程理論，其次簡單總結(jié)了影響往復(fù)式壓縮機(jī)功率的參數(shù)，再次著重研究了往復(fù)式壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)的改造和往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能措施，希望在往復(fù)式壓縮機(jī)的發(fā)展過程中提供一定的優(yōu)化參考。

往復(fù)式壓縮機(jī)；冷卻；節(jié)能

1 往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮過程理論分析

往復(fù)式壓縮機(jī)把低壓氣體壓縮成高壓氣體，具體包括吸氣、壓縮和排氣三部分。最具代表性的壓縮過程包括了等溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮三種，其中等溫壓縮與絕熱壓縮情況較為理想，壓縮過程中有關(guān)的參數(shù)發(fā)生了顯著的改變。

2 影響往復(fù)式壓縮機(jī)功率的參數(shù)

（1）進(jìn)氣溫度。當(dāng)往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)出口保持穩(wěn)定的壓力下，進(jìn)氣溫度與壓縮機(jī)的排氣量和功率之間形成反比關(guān)系，伴隨著不斷提升的氣體溫度，氣體膨脹密度會不斷減小，相應(yīng)的氣缸也會減小吸入的氣體質(zhì)量。

（2）排氣壓力。隨著出口不斷提升壓力，壓縮機(jī)也會相應(yīng)增加功率，進(jìn)而減少排氣量，由于持續(xù)增加的壓縮比，壓縮機(jī)增加功率的程度也會逐步放緩。

（3）進(jìn)氣壓力。當(dāng)處于單級壓縮時，壓縮機(jī)提升進(jìn)氣壓力會增加排氣量和壓縮機(jī)功率，當(dāng)壓縮機(jī)增大進(jìn)氣壓力到一定情況時，勢必會產(chǎn)生降低壓縮機(jī)功率的現(xiàn)象。當(dāng)處于多級壓縮時，隨著壓縮機(jī)不斷增加進(jìn)氣壓力，相對的壓縮機(jī)也會出現(xiàn)功率和排氣量提升的狀態(tài)。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)的改造

3.1 采用串聯(lián)可行性分析

（1）冷卻器壓降。壓縮機(jī)冷卻器的殼程走被冷卻的介質(zhì)，管程則走循環(huán)水。若對循環(huán)誰系統(tǒng)壓降進(jìn)行計算，需要對冷卻器的壓降進(jìn)行計算。壓縮機(jī)各冷卻器參數(shù)設(shè)計和設(shè)備壓降計算結(jié)果如表1。

表1 壓縮機(jī)各冷卻器設(shè)計參數(shù)及設(shè)備壓降計算結(jié)果

（2）管道壓降。在管道內(nèi)流體流動過程中形成的壓降包括直管壓降與局部障礙壓降。局部障礙是指存在于管道中的管件與閥門等。為了便于計算，局部障礙形成的壓降可以采取當(dāng)量長度法，選擇本系統(tǒng)中最長長度的一條管道實行計算：

注：fp△為管道壓力降，λ為摩擦系數(shù)；u為流速。

（3）系統(tǒng)最大壓降。由于運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)和備用機(jī)有相同的參數(shù)和用水量，改造為串聯(lián)之后也形成了相同的流速，因此根據(jù)2倍阻力進(jìn)行計算，選擇最大壓降的一路：

通過計算結(jié)果能夠看出，從并聯(lián)更改為串聯(lián)之后，逐步開始增加管道阻力，基本上實現(xiàn)了冷卻效果。

3.2 改造后工藝流程

為了更好的實現(xiàn)壓縮機(jī)循環(huán)水串聯(lián)，可以利用一根線連接運(yùn)行機(jī)的循環(huán)熱水線和用機(jī)的循環(huán)冷水線，備用機(jī)的循環(huán)熱水線通過一根線接至運(yùn)行機(jī)的冷水線，再通過進(jìn)出口的手閥，便可以完成壓縮機(jī)循環(huán)水自由切換并聯(lián)與串聯(lián)。在壓縮機(jī)內(nèi)部以及風(fēng)冷卻器中雙重利用風(fēng)冷系統(tǒng)，不僅可以風(fēng)冷壓縮機(jī)缸體，還可以冷卻水。

3.3 新建壓縮機(jī)循環(huán)水工藝流程

關(guān)于新建壓縮機(jī)的循環(huán)水流程，可以把機(jī)組循環(huán)誰冷卻系統(tǒng)的2臺級間冷卻器、2臺電機(jī)水冷卻器及2臺潤滑油冷卻器共計6臺冷卻器的流程直接設(shè)計為串聯(lián)方式，也就是把之前運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)冷卻器和備用機(jī)的同類冷卻器從原來的并聯(lián)流程更改為串聯(lián)流程，同時把水冷器出入口跨線更改為和主線管徑相同的管線，有利于今后的切除檢修。新建壓縮機(jī)組循環(huán)水冷卻系統(tǒng)流程見圖1。

改造以后，運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)和備用機(jī)之間進(jìn)行了串聯(lián)，不會產(chǎn)生備用機(jī)循環(huán)水冷器凍凝問題，此外，操作人員不必開關(guān)循環(huán)水冷卻器的任何閥門，就能夠順利切換壓縮機(jī)操作，降低了操作人員的工作強(qiáng)度。

4 往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能措施

（1）變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用 。利用對壓縮機(jī)出口壓力進(jìn)行取樣，采取閉環(huán)自動調(diào)節(jié)控制技術(shù)有效控制系統(tǒng)，也就是通過壓力傳感器對出口系統(tǒng)壓力信號數(shù)值進(jìn)行檢測，利用變頻器的調(diào)節(jié)作用，在保證工作壓力的基礎(chǔ)上，充分保證電動機(jī)輸出最小功率，在對壓力準(zhǔn)確控制的過程中，完成電動機(jī)的軟啟動，其主要目的就是在啟動電動機(jī)的同時不會形成沖擊電流，盡量延長壓縮機(jī)使用時間與檢修周期。

圖1 新建壓縮機(jī)組循環(huán)水冷卻系統(tǒng)流程

由于具備穩(wěn)定的供氣壓力，利用壓力調(diào)節(jié)器，可以保證壓縮機(jī)在既定的壓力數(shù)值下進(jìn)行工作，形成可靠的工作壓力，同時能夠無級設(shè)定隨時調(diào)節(jié)，通過壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速控制壓縮機(jī)排氣量，氣缸的閥片不需要反復(fù)進(jìn)行關(guān)閉與開啟，有效改善了閥座與彈簧，防止高溫高壓氣體形成劇烈的流動與沖擊。

（2）降低氣缸溫度。在壓縮氣體過程中，若可以對氣缸實施降溫，則可以最大程度確保每級壓縮功耗最小。往復(fù)式壓縮機(jī)利用注油器潤滑冷卻氣缸，當(dāng)壓縮機(jī)初始運(yùn)行時，壓縮機(jī)氣缸僅有一條油路潤滑冷卻氣缸，導(dǎo)致壓縮機(jī)氣缸不能獲得充分的潤滑冷卻，當(dāng)摩擦較大時，氣缸溫度升高，同時極大增加了功耗，可以選擇增加一處潤滑油路，氣缸溫度迅速降低。

（3）提升氣體質(zhì)量：①對過濾器定期排污，當(dāng)過濾器前后壓差達(dá)到0.02 Mpa時，要及時清洗或更換過濾芯，確保過濾效果。②對氣體含水量嚴(yán)格檢測，保證水露點低于-60°。對干燥塔定期保養(yǎng)，及時更換分子篩，保證氣體完全干燥，不但能達(dá)到客戶的要求，還有效減少功耗。

（4）盡量減少壓力損失。在設(shè)計與安裝壓縮機(jī)過程中，達(dá)到工藝要求的前提下，需要盡可能確保吸氣管的直與短，盡量避免安裝彎頭與閥門，最大程度減少管道沿程與局部壓力造成的損失。

（5）降低內(nèi)外泄漏與余隙容積。外泄漏降低了排氣量，增加了相同排氣量的功能；內(nèi)泄漏則導(dǎo)致重復(fù)壓縮氣體，加大了功率的消耗。需要不斷加強(qiáng)巡檢設(shè)備工作，盡量減少內(nèi)外泄漏，不僅確保安全，還減少了能耗。在檢修壓縮機(jī)的過程中余隙容積十分關(guān)鍵。當(dāng)余隙容積較大時，將會降低排氣量，也就是做了相同的功，卻減少了排氣量，進(jìn)一步影響了能耗。

5 結(jié)束語

本文簡單分析了往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮過程，以及主要影響因素等，重點了解了往復(fù)式壓縮機(jī)的冷水系統(tǒng)改造以及有關(guān)的節(jié)能措施，通過上述的分析能夠看到往復(fù)式壓縮機(jī)采取先進(jìn)的控制方式，將對其節(jié)能、降耗和工作的穩(wěn)定性發(fā)揮巨大的意義。

[1] 王瑋.往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)分析[J].天然氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2014，(1) .

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