CNG加气站压缩机冷却技术分析

CNG加气站压缩机冷却技术分析

孙骏英

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【摘要】压缩机冷却对于提高压缩机的应用性能及效率起着关键作用，而压缩机的性能优劣与CNG加气站运行经济性、可靠性密不可分。基于此，本文通过查阅现有文献，首先对CNG加气站压缩机进行了概述，其次分析了三种压缩机冷却技术，最后以实例探究了压缩机冷却技术在CNG加气站中的应用，旨在促进压缩机充分发挥其应用优势，同时为相关人员提供参考。

【关键词】CNG加气站；压缩机；冷却

前言

在CNG加气站中，压缩机为加工生产核心设备，其是压缩加压天然气，让其压力上升但在25MPa以内的一种设备。在运转时，压缩机会在让天然气压力上升的同时使得气体温度上升，填料和气缸表面温度以及润滑油的温度随之上升，因此需要进行填料、气缸、润滑油、终级、级间冷却，以保证压缩机热力循环稳定性，在使得高温零件降温的同时不因为润滑油温过高而对润滑性能产生影响。鉴于此，分析压缩机冷却技术，对于CNG加气站平稳安全运营意义重大。

1.CNG加气站压缩机概述

在CNG加气站全部设备中，压缩机价值最高，在全站建设费用约达20%，也是最易出现故障的设备。CNG加气站最常用压缩机的类型为往复式压缩机，也称作活塞压缩机。通常而言，可将往复式压缩机分为主机、辅机两个部分。其中，主机由电机、运动机构两个部分组成，辅机由气、油、水三个部分组成。针对主机，其气动机构的主要组成部分为曲轴连杆，在电机有效运转时能在运转作用下对曲轴旋转运动进行有效转化，使其转为往复式的活塞运动，在这一系列的运动下则能让压缩机达到有效压缩的目的。运动机构主要包括皮带轮、曲轴等部分，在传动时电动机主要作用是带动曲轴有效地旋转，在曲轴旋转作用下活塞能往复式活动并达到增压的目的[1]。在进行CNG加气站建设时，应以实际情况为根据明确供气量及压缩机数量，详细安排见表1。

表1 不同规模CNG加气站压缩机配置台数

2.CNG加气站压缩机冷却技术

2.1水冷式

水冷式压缩机冷却工艺流程如图1所示。润滑油、填料水套、气缸与压缩天然气采用的是开式或者闭式循环水冷却。因润滑油、填料水套、气缸与冷却气体升温之后，冷却循环水被送到冷却塔进行冷却降温操作，之后经水泵实施循环利用。开式循环系统冷却塔在风机作用下促进蒸发而达到水温降低目的，在散热材的表面淋洒来自热交换器的高温冷却水，在与空气直接接触下由其带走热量，以水温指标为根据对风扇开启进行控制，进而实现冷却的目标。此种循环下冷却水往往被吹失，故需要不断进行新鲜水补给操作。闭式循环系统使用的是封闭式的冷却装备，管中有流动的循环水，管外往往用风或者二次的冷却水进行散热。除了更换热设备时物料泄漏之外，无其他的因素对循环水水质产生影响。为预防换热设备时形成盐垢，还需对冷却水进行软化操作。另外，为了预防换热设备受腐蚀，往往需要增添缓蚀剂，同时妥善处置检修时所排放冷却水。

图1 水冷式压缩机冷却工艺流程

2.2风冷式

针对风冷式压缩机冷却，采用的是冷却器下强制风冷模式，填料、气缸以自然冷却为主，管路内润滑油为闭式循环系统，高温的油管路采取强制风冷方式[2]。风冷式压缩机冷却技术在寒冷地区、缺水地区比较适用，其工艺流程如图2。

图2 风冷式压缩机冷却工艺流程

2.3混冷式

针对混冷式压缩机各级排气之后机身的润滑油、气体等，采取的是闭式循环水，即循环水一直处在密闭的系统内，其热量经冷却器上风扇达到强制换热、冷却的目的。混合冷却指的是水依靠风扇冷却、压缩机依靠水冷却的混合方式，其工艺流程如图3。

图3 混冷式压缩机冷却工艺流程

在工业上，上述三种压缩机冷却技术都有一定应用，效果最好的是水冷式，效果一般的是混冷式，效果较差的是风冷式。相较水冷式，风冷式和混冷式有着较高的制造成本，且振动及噪音都比较大。虽然水冷式的占地面积比较大，但有着最好的冷却效果，应用最为广泛。风冷式适应性极强，针对水冷式难以适应缺水、高寒地区可正常运行，优点较为独特，故风冷式被广泛应用到高海拔、高寒区域。

3.压缩机冷却技术在CNG加气站中的应用

现阶段，水冷式压缩机冷却分为两种系统，即开式水循环、闭式水循环。其中，传统开式水循环存在能耗高、防冻、清洗、结垢、腐蚀等问题，闭式水循环则能对其运行中存在问题进行有效解决，技术优势比较强。

以一CNG加气站为例，原本选择50t主机冷却塔开式循环系统，冷却原理为在散热材的表面淋洒来自热交换器的高温冷却水，让其直接接触空气后由空气带走热量，以达到降温的效果（图4）。然而，在开式冷却循环系统中，循环水流在和大气接触的过程中会使得循环水内进入微生物、灰尘等，加之换热设备内物料泄漏、二氧化碳逸散等原因会致循环水的硬度变高、悬浮物的含量增多以及水浊度增高等，甚至滋生严重菌藻而使得水质变差。对此，循环冷却水往往需要控制沉积物、腐蚀、微生物等，而加大了生产的成本。同时，在水分蒸发作用下循环水浓缩会对盐分结垢起到促进作用，循环使用冷却水会让换热器面临粘泥、结垢、腐蚀等问题，特别是增加管间环隙的结垢程度，甚至发生被堵死的情况，不仅无法获得理想冷却效果，而且极大危害着压缩机运行的长期性、稳定性和安全性。若长期使用此方法，则会降低压缩机的效率，增加耗电量、维护成本、清洗药剂用量和清洗频率，最终对CNG加气站正常运行产生严重性影响

[3]。

图4 原开式冷却水循环工作流程

由于此CNG加气站的运行年限比较长，使用冷却塔的时间也较长，以原冷却塔为基础改造冷却技术的成本较高，而且无法从根本上改善冷却效果低、结构、腐蚀等问题。因此，此加气站将闭式循环水冷却塔引进其中，经技术改造对原本开式循环冷却水系统改造为闭式冷却水循环系统，冷却原理为由热交换器进行一次高温水冷却，在进冷却塔冷却盘管的内循环后由冷却塔进程二次冷却水循环，即一次冷却水热量由二次冷却水吸收，二次冷却水热量由空气吸收后带走，从而达到降温的目的（图5）。

图5 闭式冷却水循坏工作流程

经改造之后，此CNG加气站压缩机的运转效率得到了大幅提高，从全年的支出成本来看，用水节省约500吨，用电节省约4万度，水电费约节省了6万左右，全年节省的加药费用约4000元，保养维护的费用约2000元，生产成本约降低6.6万元左右。针对北方严寒区域实施闭式冷却水循环，可于冷却水塔增加温度传感器、电加热器等，以避免冬季发生冷却水结冰的情况。当温度在设定的临界温度以下时可自动启动电加热器，当温度在设定的临界温度以上时可自动关闭电加热器。

结束语

总而言之，压缩机在CNG加气站中所起作用尤为关键，一旦压缩机冷却技术不达标，则会对天然气正常输送产生严重影响，甚至发生重大事故。对此，相关人员应加强压缩机冷却技术重视，结合实际选择适宜技术进行冷却，降低压缩机异常停机概率，在减少环境污染的同时降低保养维护的费用，促进CNG加气站平稳、高效、安全运行，为天然气领域健康发展提供有力保障。

【参考文献】

[1]吕学川. CNG加气站压缩机故障探讨[J]. 安全、健康和环境,2021,21(09):32-35.

[2]刘玉林,谢云漫,汪心想,张慧敏. CNG压缩机冷却水系统特点及不停机清洗技术[J]. 清洗世界,2020,36(01):1-2.

[3]钟庆,张琪云,赵晓娟. 浅谈CNG加气站压缩机冷却技术[J]. 山东化工,2017,46(22):105-107.