摘要：目前我厂空压机使用开式冷却循环水系统，运行过程中，存在空压机冷却器高温报警故障停机率高、冷却循环水系统换热效率低、压缩空气带水、维护费用高、冷却器清洗费用高等问题。针对以上情况，结合设备运行实际情况，经过长期观察和论证，对设备提升改进，通过对比闭式冷却水循环系统的优缺点，创新性的提出开/闭式冷却循环水系统的应用，实现空压系统稳定、可靠运行，降低设备故障时间及运行维护成本，提高空压机运行效率，达到降本增效的预期目标。
关键词：开式冷却循环水系统；开/闭式冷却循环水系统；空压系统
一、工作原理及存在问题
目前，空压系统共4台空压机（三台32m3/min、一台21m3/min）、4台配套冷干机，配置1台开式冷却塔，能力为200T/H，安装于屋顶，运行中存在以下问题：
（一）空压机冷却器高温报警停机故障率高。特别是每年进入夏季，通过统计，发现2017年5—8月因冷却器高温停机的情况达到了平均每月13.8次，随着外界气温升高，水中的微生物、藻类滋生较快，4组空压机冷却器经常发生高温停机情况，严重影响设备的运行效率。
（二）空压机的冷却循环水系统换热效率低，经统计冷却水的平均热交换温差2.9℃，且冷却循环水温度高于标准值（工作参数：循环水温度<35℃），造成空压机排气温度过高，（工作参数：排气温度<60℃）。统计压缩空气排气温度平均值为59.8℃，（标准＜60℃），但最大值达到80℃。压缩空气排气温度高，影响压缩空气供给的稳定性并造成冷干机对压缩空气干燥不充分，使冷干机露点温度范围值偏大（露点温度：10-20℃）。
（三）压缩空气，气中带水。1、影响产品质量：在卷烟生产过程中需要大量压缩空气，如果气中带水会产生黄斑烟，造成质量事故。2、损坏气动元件：在设备及管路中有众多气缸、控制阀，水份进入会导致气动元件锈蚀、损坏。其中对阀岛影响最为严重，每年更换2次以上。
（四）空压机维护费用高。由于空压机在高温下运行，造成机件磨损加快，降低了空压机使用寿命。目前需要每三年进行一次大修，每次投入费用将近120万元，使空压机维修费用大大增加。
（五）空压机冷却器清洗次多，费用高。为了消除结垢对空压机运行的影响，高温季节（5-8月）平均每月需清理4次，清洗一组冷却器所需时间约3个小时，工作量大，同时浪费大量水资源。2017年全年累计清洗冷却器21次，平均每月清洗1.7次，每次清洗费用大约0.66万元，每年投入13.86万元。
二、改进方案及措施
1、设计空压机循环水系统开/闭式流程图
将空压冷却循环水系统改为开/闭式循环。利用二次换热原理，在系统中“黄金分割点”安装两台板式换热器，闭式系统经冷却器对空压机压缩空气进行冷却，确保空压机冷却器的循环水为洁净的水质，提升换热效率。
2、补水箱、热交换器的设计方法
（1）补水箱体的设计依据：
结合现场设备管道容量和循环水量设计补水箱，以空压系统的管道容量、冷却系统补水量（风吹飘逸损失、蒸发损失、排污损失和泄漏损失）计算出冷却水流量，按冷却水流量的 1% -2% 设计补水量，安全系数采用1.5-2.0。
整体水箱容积约为：（管道容量+补水量）*安全系数。
（2）板式热交换器的设计依据
根据4台空压机，每台用水量为13.62m3/h，总水量为54.48 m3/h。且冷却水温要达到≤35℃。冷却塔进出口温度为32-37℃进行选型。
3、循环水泵管网设计及自控技术研究
（1）循环水泵管网优化设计。
根据开式系统及闭式系统冷却循环水的压力、流量等技术要求，确定水泵相关参数。开式循环和闭式循环均采用一主一备设计模式。
（2）冷却循环水系统的自控技术研究
水泵的转速由变频器控制，通过空压机出水口与进水口温差，调节冷却水循环系统中冷却水的进水量。
冷却循环水的相关参数采集：冷却循环水系统中配置冷水塔液位、补水箱液位、管道的压力检测、循环水温度检测、板式换热器进出口电动阀，设计自动调节PLC控制程序，保障空压机正常工作，延长其使用寿命，从而降低空压系统运行维护成本。
4、项目风险研究及冗余设计
开/闭式冷却循环水系统是在开式冷却水系统上进行的探索性研究。在课题研究过程中应考虑项目风险性，需要具有故障应急的能力，当闭式冷却循环水系统发生故障时，可快速恢复到开式冷却循环水系统运行，保证空压系统的正常运行。
5、应用研究
根据以上开/闭式冷却循环水系统控制技术，研究其在空压机上的冷却效果，建立一套适用于开/闭式冷却循环水系统控制的方案，在空压机运行效率、排气温度、冷却水水质、能源消耗和压缩空气质量等方面开展应用前后的对比验证。
三、改进效果
1、改造完成后，对循环水系统，在非生产状态下进行调试，测试完成后，在生产的情况下，接入系统运行，在线调试闭式系统进出水温差达到4℃以上，效果非常好。
2、降低了空压机冷却器高温故障停机次数，大大提高设备运行的稳定性和可靠性，根据数据显示，2018年5—8月统计排气高温报警停机次数，从每月13.8次降低到0.3次，高温停机故障次数降低了97%，空压系统的运行效率提升了 70.7%。
3、改造后的冷却器循环水质情况得到了明显的改善，水质清晰，指标完全符合要求，对于冷却器使用寿命有很好的帮助。
改善前 改善后
4、空压机循环水系统的改进，不仅降低了职工的劳动强度，减少了工作时存在的安全隐患，也改善了现场的工作环境，减少了清洗后污水的排放量，为企业成本的节约作出了积极贡献。
四、推广应用
本项目进一步改善了空压系统冷却循环水质，降低设备故障停机率，提高设备运行效率。可推广应用在所有开式空压系统冷却循环水系统。
论文作者:席验兵,于延茹
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/9
标签：水系论文; 空压机论文; 冷却器论文; 系统论文; 冷却水论文; 压缩空气论文; 高温论文; 《基层建设》2019年第4期论文;