空压机冷却水恒温装置改进的研究

空压机冷却水恒温装置改进的研究

李晓翠,杨仁华,刘兴彪

红塔烟草（集团）有限责任公司昭通卷烟厂，云南昭通，657100

摘要  特种设备空压机为卷烟工业生产设备气动元件提供稳定压力的压缩空气。空压机冷却水是为降低设备运行过程中产生的热量，保障空压机运行正常，以及降低压缩空气温度，消除高温气体产生冷凝水。冷却水温度偏高，无法降低空压机部件温度，如超过设备设定温度，就会造成设备停机。如冷却水温度偏高，会造成空压机设备停机。本文通过改进空压机冷却水恒温装置，降低并维持稳定冷却水温度，保障空压机运行正常，从而确保卷烟设备气动原件正常运行。

关键词   空压机   冷却水   恒温装置   研究

一、前言

卷烟厂动力车间是工厂生产系统的能源供应部门，为卷包、制丝车间提供“水、电、蒸汽、压缩空气”等。其中，空压机为卷包、制丝车间提供稳定压力的压缩空气，用于输送带气动元件、滤嘴输送、空头烟支剔除等，如冷却水温度偏高，会造成空压机设备超温停机，导致卷包、制丝的气动设备运行不畅，同时也会导致压缩空气温度高，形成凝结水，影响卷烟产品质量。

二、问题的提出

空压机是一种对气体进行压缩的机械设备。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。空气被压缩后也就是对空气做了功，其温度必然要升高，再经过热能的传递，传到缸体上，缸体发热，过热就会出现所排出的空气温度超过规定值。而过高的温度也会使机体内转子和轴承材料的物理系数值产生变化，严重时会使整个主机抱死出现停跳现象。

空压机高压转子出口温度高是空压机最常见的现象，这种故障危害性最大。一般情况下空压机高压转子出口温度低于190℃，不得高于210℃，一旦超过便会启动报警，当超过220℃时直接会故障停机。

目前本单位空压机使用的冷却方式是冷却塔降温，步骤是冷却塔冷却后的水进入冷水箱后供空压机使用，空压机使用的水进入热水箱后抽上冷却塔冷却。

笔者经过调查发现，空压机冷却水是设备运行的关键因素，冷却水温度偏高，会导致空压机部件高温运行，甚至超温报警停机的隐患。

三、问题的分析

通过对空压机冷却水温度不稳定进行调查，发现空压机冷却系统换热效率低是最主要的原因。因此，笔者针对主要原因开展研究，找到了影响因素。

1、冷凝水排放。由于水蒸汽的存在，在冷却器中冷却和部分冷凝放出热量，使干空气的放热量减少，冷却器出口气温升高，削弱了冷却效果。空气的含湿量越大，冷却的效果越差。因此，在空压机运行过程中，需要不断排放空气中被冷凝的水。

2、冷却水水质。空压机冷却水要求既不腐蚀冷却装置和管道，又要防止在冷却装置表面生成水垢影响冷却效果，并且还要限制水中所含的机械杂质和有机物的含量。冷却水应接近中性，即碱度在1.4mmol/L左右，硬度≤0.03mmol/L，氯离子含量在7mg/L左右。

3、设备冷却器清理。机器长期运行，冷却水里面的金属离子钙化产生水垢等杂质是难以避免的。污垢减少了冷却水的刘同面积，使流动阻力增加，供水量减少，从而降低了冷却效果。设备应及时清洗冷却器，冷却器换热效率得到改善，提高冷却系统制冷效果，降低设备运行温度，保证稳定运行。

4、冷却水量。冷却水量大冷却效果好，冷却水量小冷却效果差。空压机冷却水进水压力应≥0.25MPa。

5、空压站通风。空压机站的空间小会导致机器产生的热量不能及时疏散，造成站房环境温度高进而引起机器高温，空压站需要保持良好的通风。

6、空压机冷却塔风扇。冷却器风扇故障的影响：风扇不正常工作导致冷却器散热效果差，例如风扇转速下降或者直接不能转动都会影响冷却器的散热效果，风扇故障不容忽视应及时修理。

7、开放式水路路径。本单位空压机使用的冷却方式是冷却塔降温。步骤是空压机冷却水通过出口流到热水箱，经过冷却泵抽到冷却塔，冷却塔利用风扇冷却后的水进入冷水箱，经过循环泵流到空压机冷却水进水口，供冷却系统使用。

冷却塔与冷水箱间距30米的落差，在风扇散热后容易受环境温度的影响，导致冷却水在流淌过程出现温度升高的情况。其次冷水箱至空压机冷却水进水口有50米的距离，管道容易受环境温度的影响。

空压机冷却水进口温度应为20℃左右，冬季环境温度较低，冷却水进口温度低对设备正常运转没有太大的影响。但是在夏季，由于环境温度本身很高，冷却水进口温度较高，极端时段高达33℃，换热效果不佳，导致空压机高压转子出口温度升高，影响设备运行状态。

四、改进措施

解决“换热效率低”问题的核心在于在冷却水管路，通过改进冷却水恒温装置，使冷却水入口温度不受环境温度的影响，维持在一定温度范围内，从而保证空压机冷却系统换热效率处于最佳状态。容积式管道换热器换热效率高、压降小，是最佳水-水换热器。在空压机冷却水进口前端增加一个管道换热器，利用制冷机的冷冻水作为管道换热器冷却介质，通过温度传感器控制冷却介质流量，实现空压机冷却水恒温供给。

五、措施实施

1、通过技术分析和换热计算，选取换热面积为40m²的盘管容积式换热器。绘制出冷却水恒温装置安装图及控制流程图，根据图纸进行施工。

2、加装两组管道换热器，将两个管道换热器通过DN100的管道进行组装，将原来循环水泵至空压机冷却水进水口的管道进行改进，使冷却水通过管道换热器后再流入空压机冷却系统。

3、将制冷机冷冻水进水口、出水口通过DN50 的管道引出，安装电动控制阀及温度传感器，经过管道换热器与空压机冷却水进行换热。

六、应用效果

空压机冷却水恒温系统改进后，在空压机运行过程中，冷却水对空压机高压转子出口温度有明显改善。

该装置将空压机冷却水进口温度控制在25±5℃，有效降低了空压机转子出口温度，杜绝高温报警导致停机的现象发生；降低冷却水进口温度，带走气体中多余的水分，降低压缩空气含水率，提高供气质量。

参考文献

1.邢子文．螺杆空压机的理论、设计与应用[M]．北京；机械出版社，2000

2..刘宝成.空压机冷却水系统技术改造 [J].山东煤炭科技,2006