空壓機(jī)組這樣處理節(jié)能效果驚人!有工廠一年省42萬

發(fā)布時(shí)間:2022-09-07 21:27人氣:

空壓機(jī)組這樣處理節(jié)能效果驚人!有工廠一年省42萬我公司某工廠有4臺(tái)某外資品牌離心式空壓機(jī),配套4臺(tái)循環(huán)水泵,6個(gè)開式冷卻塔。空氣壓縮機(jī)24h運(yùn)行,擔(dān)負(fù)著工廠生產(chǎn)所需壓縮空氣的供應(yīng)任務(wù)。4臺(tái)離心式空壓機(jī)運(yùn)行已有10年時(shí)間,在......

我公司某工廠有4臺(tái)某外資品牌離心式空壓機(jī),配套4臺(tái)循環(huán)水泵,6個(gè)開式冷卻塔??諝鈮嚎s機(jī)24h運(yùn)行,擔(dān)負(fù)著工廠生產(chǎn)所需壓縮空氣的供應(yīng)任務(wù)。4臺(tái)離心式空壓機(jī)運(yùn)行已有10年時(shí)間,在運(yùn)行過程當(dāng)中,多次出現(xiàn)因循環(huán)冷卻水對(duì)空壓機(jī)冷卻器產(chǎn)生影響,造成機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī),對(duì)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。

 

1
空壓機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)基本情況
 

1.1空壓機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工藝流程見圖1.1,為獨(dú)立間冷開式系統(tǒng),由冷卻塔、水池、風(fēng)機(jī)/水輪機(jī)、循環(huán)水泵、加藥系統(tǒng)、給回水管路等組成。水池循環(huán)水經(jīng)循環(huán)水泵加壓到0.4MPa后送到空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行換熱冷卻,換熱后回到總回水管,通過上塔管回到冷卻塔頂部,水從塔體的上部通過配水管均勻?yàn)⒃谔盍蠈幼陨隙麓怪甭湎拢谔盍蠈有纬伤位蛩?,與風(fēng)機(jī)抽取的自下而上冷空氣逆流接觸進(jìn)行換熱降溫,降溫后的水匯集到冷卻塔下方的水池。

 

圖片

 

循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,由于水分蒸發(fā)、風(fēng)吹損失等情況使循環(huán)水系統(tǒng)中的水分越來越少,而水中各種礦物質(zhì)和金屬離子含量越來越多,為使循環(huán)水含鹽量維持在一定的濃度,必須不斷排出濃縮水、補(bǔ)充新鮮水,補(bǔ)水使用的是市政自來水,PH值7.5左右,總硬度<120mg/L,屬于低硬低堿度水質(zhì),水質(zhì)較為穩(wěn)定。

 

1.2 離心式空壓機(jī)

該型空壓機(jī)是一種速度型離心式壓縮機(jī)。每臺(tái)壓縮機(jī)為整體組裝,安裝在一個(gè)鋼制底板上。其工作原理如圖1.2所示,空氣通過安裝在機(jī)組上的進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)入壓縮機(jī)并流進(jìn)第一級(jí)壓縮,葉輪將速度加給氣體,然后氣體進(jìn)入靜止的擴(kuò)壓器部分,在此處將速度轉(zhuǎn)化成壓力。內(nèi)置于機(jī)組中的中間冷卻器換熱帶走氣體壓縮過程中所產(chǎn)生的熱量,從而提高壓縮效率。然后氣體在流動(dòng)的低速區(qū)通過不銹鋼水氣分離器除去冷凝水。這樣的過程在每一個(gè)接續(xù)的階段重復(fù),直到壓縮機(jī)達(dá)到了所要求的工作壓力。

圖片

 

該空壓機(jī)為3級(jí)壓縮,在每一壓縮級(jí)之后有一個(gè)筒狀管翅式中間冷卻器,水走殼程,氣走管程。管內(nèi)有翅片,空氣通過管道,冷卻水在管外同時(shí)反向流動(dòng),這樣的結(jié)構(gòu)具有非常高的換熱效率。冷卻水流過冷卻器后會(huì)有8℃左右的溫升,排氣溫度一般<47℃,達(dá)到49℃報(bào)警,達(dá)到52℃會(huì)自動(dòng)停機(jī)。

 

2
循環(huán)水系統(tǒng)對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行的影響及對(duì)策
 

2.1空壓機(jī)級(jí)間冷卻器換熱器結(jié)垢

從歷次空壓機(jī)異常和檢修情況分析,循環(huán)水對(duì)空壓機(jī)級(jí)間冷卻器的影響主要是結(jié)垢。2021年2月和4月,先后有兩臺(tái)空壓機(jī)級(jí)間冷卻器溫度逐漸升高,由正常的47℃以下,升高至51℃,接近52℃的停車值,被迫停機(jī)檢修。冷卻器拆解抽芯后,發(fā)現(xiàn)換熱器水路管壁表面結(jié)垢嚴(yán)重,輕敲垢皮脫落,垢樣厚度1~2mm。

 

圖片

 

圖片

 

對(duì)垢樣成分委托第三方檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見圖2.2。從檢測(cè)報(bào)告中可以看出,垢物從成分上看,主要成分組織是氧化鈣、碳酸根離子及氧化鎂,占總含量的97.95%,說明循環(huán)水系統(tǒng)中鈣、鎂離子過多,在換熱器管壁160℃左右高溫狀態(tài)下容易形成結(jié)垢,影響換熱效果。

 

2.2換熱器結(jié)垢成因分析

冷卻水經(jīng)換熱器換熱,產(chǎn)生如下反應(yīng):

Ca2++2HCO3-→CaCO3+CO2+H2O

Mg2++2HCO3--→Mg(OH)2+2CO2

冷卻塔噴淋,水中溶解CO2逸出pH值升高,水呈堿性發(fā)生如下反應(yīng):

Ca(HCO3)2+2OH-→CaCO3C+2H2O+CO32-

碳酸鈣從水中析出的過程,是微溶性鹽從溶液中沉淀的過程,碳酸鈣是鹽類,有離子晶格,以帶正電荷Ca2+部分向帶有負(fù)電荷的CO32-碰撞,彼此結(jié)合,形成較大晶體,進(jìn)而形成覆蓋在傳熱面的結(jié)垢層。

 

現(xiàn)有循環(huán)水采用加藥阻垢,這在一定程度上減緩了管路和換熱器的結(jié)垢,但循環(huán)水加入阻垢劑不能降低水的硬度,而是改變形成水垢的鈣、鎂離子與碳酸根離子結(jié)合的特性,從而使水垢不能析出、沉積。從圖2.3 2001年2~4月循環(huán)水水質(zhì)控制圖看出,2~4月的水質(zhì)總硬度在400mg/L 左右,優(yōu)于控制標(biāo)準(zhǔn)(總硬度<500),但還是出現(xiàn)了結(jié)垢的現(xiàn)象。

 

圖片

 

實(shí)際應(yīng)用中,對(duì)城市自來水為補(bǔ)水水源時(shí),通常采用朗格利爾(Langelier)飽和指數(shù)(L.S.I)來判斷碳酸鈣沉淀趨勢(shì)。根據(jù)碳酸鈣的溶解平衡,朗格利爾推算L.S.I的簡化計(jì)算公式如下:

L.S.I=PH-PHs=PH-{9.3+A+B-(C+D)}

式中,Ph為水樣實(shí)測(cè)的pH值;

 

pHs為飽和pH值,碳酸鈣在水中呈飽和狀態(tài)時(shí),重碳酸鈣既不分解為碳酸鈣,碳酸鈣也不會(huì)繼續(xù)溶解,此時(shí)的pH值稱為飽和的pH值。

 

A為總?cè)芙夤腆w系數(shù),A=(lg[TDS]-1)/10,[TDS]單位為mg/L;

 

B為溫度系數(shù),B=-13.2lg(t+273)+34.55,溫度單位為℃;

C為鈣硬度系數(shù),C=lg[Ca2+(以CaCO3計(jì))] -0.4,[Ca2+]單位為mol/L;

D為M堿度系數(shù),D=lg[堿度(以CaCO3計(jì))],堿度單位為mol/L。

A、B、C、D系數(shù)換算可查表1。

 

圖片

 

根據(jù)循環(huán)水的LSI可判斷CaCO3沉淀的可能性如下:

LSI<0,即pH<pHs,說明水中的碳酸鈣處于未飽和狀態(tài),仍能繼續(xù)溶解,水具有產(chǎn)生腐蝕的趨勢(shì);

LSI>0,碳酸鈣處于過飽和狀態(tài),水具有產(chǎn)生碳酸鈣沉積的趨勢(shì);

LSI=0,水質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài),既不結(jié)垢,也無產(chǎn)生腐蝕的趨勢(shì)。

 

我公司采用的緩釋阻垢劑能控制LSI<2.6 的循環(huán)水的結(jié)垢趨勢(shì)。

以6月3日的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)為例,補(bǔ)水電導(dǎo)率237μS/cm,循環(huán)水電導(dǎo)率1171μs/cm,水側(cè)表面溫度按照LSI參數(shù)最高的80℃計(jì)算(實(shí)際在160℃左右)鈣硬度約為382mg/L,總堿度440mg/L,pH值8.83。計(jì)算后的LSI為3.04,超出藥劑的控制閾值2.6,這也說明了為何加了阻垢劑還是出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象。

 

2.3應(yīng)對(duì)設(shè)備結(jié)垢對(duì)策

根據(jù)系統(tǒng)的補(bǔ)水情況及阻垢劑所能對(duì)應(yīng)的極限LSI,我公司循環(huán)水極限濃縮倍數(shù)控制在4倍以下,實(shí)際按3.5倍進(jìn)行管控。

 

2.3.1循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)現(xiàn)狀

濃縮倍數(shù)(N)表示循環(huán)水中的鹽類濃度與補(bǔ)充水中鹽類濃度之比:

N=CR÷CM=P÷(P2+P3+P4)

P=P1+P2+P3+P4

式中:CR一一循環(huán)水中的鹽類濃度,ppm

CM——補(bǔ)充水中的鹽類濃類,ppm

P一一補(bǔ)充水量,m3/h

P1一一蒸發(fā)損失,m3/h

P2一一風(fēng)吹損失,m3/h

P3一一泄漏損失,m3/h

P4一一排污量,m3/h

以6月3日的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)為例,濃縮倍數(shù)N=1171/237=4.94倍,高于4倍的極限濃縮倍數(shù)。

 

2.3.2對(duì)策后存在的問題

補(bǔ)水量及排污量計(jì)算

①蒸發(fā)損失P1

P1=K×Δt×Q=750×0.0015×8=9m3/h

K:系數(shù)(在環(huán)境溫度為24℃時(shí),K=0.0015,2021年廣州市年平均氣溫24.0℃)

Δt:進(jìn)出水溫差系統(tǒng)設(shè)計(jì)為Δt=8℃

Q:系統(tǒng)設(shè)計(jì)循環(huán)水量750m3/h

②風(fēng)吹損失P2

P2=750×0.1%=0.75m3/h

對(duì)于機(jī)械通風(fēng)涼水塔,在有收水器的情況下,風(fēng)吹損失率為0.1%。

③泄漏損失P3

P3=0m3/h

由于系統(tǒng)是密閉循環(huán),機(jī)泵的泄漏可忽略不計(jì)。

④補(bǔ)水量P

∵N=P÷(P-P1)

∴P=N×P1÷(N-1)=3.5×9÷2.5=12.6m3/h

每天補(bǔ)水量:12.6×24=302.4m3/天

⑤理論排污量P4

P4=12.6-9-0.75-0=2.85m3/h

每天排污量:2.85×24=68.4m3/天

 

綜上所述,須每天排污68.4m3左右,才能將濃縮倍數(shù)降到3.5倍。

 

存在問題:循環(huán)水系統(tǒng)每天需補(bǔ)水量302.4m3,補(bǔ)水后同時(shí)需補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)量藥劑控制水質(zhì),加入藥劑后須每天化驗(yàn)、定時(shí)加藥,但受補(bǔ)水量、補(bǔ)水水質(zhì)、水溫和環(huán)境氣候變化、檢測(cè)手段及其精度等外界因素影響,水質(zhì)指標(biāo)難以精準(zhǔn)控制,設(shè)備結(jié)垢問題難以完全杜絕。

 

3
循環(huán)水軟化處理
 

3.1軟化方案選擇

軟化方法有藥劑軟化法或沉淀軟化法、離子交換軟化法、電滲析法、反滲透與超濾、蒸餾法等,由于水的硬度主要由鈣、鎂離子形成及表示,基于經(jīng)濟(jì)適用的原則,采用目前最常用的、效果穩(wěn)定準(zhǔn)確、工藝成熟的離子交換法。

 

離子交換法的工作原理是:離子交換樹脂是一種聚合物,帶有相應(yīng)的功能基團(tuán)。鈉離子交換樹脂中帶有大量的Na+,Na+與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+相交換,從而將水中的Ca2+、Mg2+吸附出來,使水的硬度下降。隨著樹脂內(nèi)Ca2+、Mg2+的增加,樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低。當(dāng)樹脂吸收的Ca2+、Mg2+飽和之后,就必須進(jìn)行再生。再生過程就是從鹽箱中吸入鹽水沖洗樹脂層,鹽水中的Na+再和樹脂上的Ca2+、Mg2+進(jìn)行交換,交換出來的Ca2+、Mg2+隨再生廢液排出罐外,樹脂即可恢復(fù)軟化交換功能。

 

如以RNa代表鈉型樹脂,其交換過程如下:

2RNa+Ca2+=2RCa+2Na+

2RNa+Mg2+=2RMg+2Na+

即水通過鈉離子交換器后,水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+。由于鈉鹽的溶解度很高,所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。

 

3.2軟化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于簡單實(shí)用的原則,在循環(huán)水系統(tǒng)中增加一套20m3/h軟化水處理設(shè)備。如圖3.1所示,從冷卻塔的回水管道中取出循環(huán)水,循環(huán)水回水壓力是0.35MPa,滿足軟水設(shè)備的進(jìn)水使用壓力要求,循環(huán)水直接進(jìn)入軟化水設(shè)備,設(shè)備運(yùn)行基本上不需要電力,只靠進(jìn)水壓力,采用虹吸原理吸鹽,自動(dòng)注水化鹽、配比濃度,無須鹽泵、溶鹽等附屬設(shè)備,通過控制器即可實(shí)現(xiàn)程序控制自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)再生;軟化后的循環(huán)水返回冷卻塔重復(fù)使用。

 

3.3軟化設(shè)備調(diào)試及軟化性能保證

軟化處理能力:樹脂的體積全交換容量:≥1900mmol/L,樹脂的工作交換容量:≥1200mmol/L(浙江爭光001*7強(qiáng)酸性陽樹脂ZGC107MB,按1500mmol/L)計(jì)算。

圖片

 

軟化樹脂罐容量900L;

空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)采用軟化系統(tǒng)后,完全可以不用排污,實(shí)現(xiàn)0排放,每天補(bǔ)水量302.4m3下降到302.4-68.4=234m3,補(bǔ)水硬度120mg/L,約為3mmol/L(1mmolCa2+的質(zhì)量是40mg),出水0.03mmol/L。

每立方水中需要去除的硬度量為:

1000L×(3-0.03)mmol/L=2970mmol/m3

每天需要去除的硬度量為:

2970mmol/m3×234m3/天=694980mmol/天

軟化水設(shè)備所填樹脂的總工作交換容量是:

1500mmol/L×900L=1350000mmol。

所以,設(shè)備理論再生周期為:

1350000mmol÷694980mmol/天=1.9天

 

4
軟化處理實(shí)施效果
 

4.1水質(zhì)指標(biāo)情況:

經(jīng)3個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間驗(yàn)證,循環(huán)水電導(dǎo)率1500μs/cm左右,鈣硬度約為99mg/L左右,總堿度433mg/L左右,pH值8.79左右。計(jì)算后的LSI也低于藥劑的控制閾值2.6,可有效控制循環(huán)水結(jié)垢傾向,濃縮倍數(shù)在6倍左右。在此高濃縮倍數(shù)下,水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)仍能滿足冷卻系統(tǒng)的使用需求,達(dá)成了軟化設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

 

4.2經(jīng)濟(jì)效益:

①降低水費(fèi)及污水處理費(fèi):使用軟化水后,污水排放由68.4m3降到11.1m3左右,每天補(bǔ)水量由302.4m3下降到245.1m3左右,每年可以節(jié)省自來水費(fèi)8萬元、污水處理費(fèi)26萬余元。

②日常運(yùn)行費(fèi)用:基本上是樹脂和工業(yè)鹽的消耗,但和減少投入的藥劑成本相抵,基本上不會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用。

③維修費(fèi)用:技改前,每年須對(duì)4臺(tái)空壓機(jī)冷卻器拆洗除垢一次,費(fèi)用約為8萬余元。

 

綜上所述,每年可產(chǎn)生42萬余元的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)年投資,當(dāng)年收益,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯,值得推廣實(shí)施。

本站系本網(wǎng)編輯轉(zhuǎn)載,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題,請(qǐng)?jiān)?0日內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,我們將在第一時(shí)間刪除內(nèi)容![聲明]本站文章版權(quán)歸原作者所有 內(nèi)容為作者個(gè)人觀點(diǎn) 本站只提供參考并不構(gòu)成任何投資及應(yīng)用建議。

推薦資訊

400-068-0032