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（整期优先）网络出版时间：2024-01-31

作者: 王磊张铭张维旭郭成博李堰杰

建筑科学 >建筑理论

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压缩机组水冷变频器换热器堵塞超温研究

王磊1张铭1 张维旭1 郭成博2 李堰杰2

1.中国石油长庆油田（榆林）油气有限公司陕西榆林 719000

2.中国石化中原油田分公司天然气处理厂河南濮阳 457000

摘要：本文从上古天然气处理总厂闭式循环冷却水系统目前存在的换热效果差、过滤器堵塞、自动化程度低等角度开展研究，通过对闭式循环冷却水系统的工艺改造和优化，提高了循环水系统的换热效果，预防了过滤器堵塞，同时也提高了干湿闭合冷却塔的自动化程度，保障了液烃回收装置“安、稳、长、满、优”的运行，可以为其他类似循环水系统运行管理提供了一定的借鉴经验。

关键词：循环水换热效果工艺优化自动化优化效果

一、内循环水系统工作原理

内循环冷却水经闭式冷却塔降温后，由循环水泵向工艺装置区用户等提供循环冷却水，对用户的热介质进行换热降温，经过换热后的循环水回流至闭式冷却塔进行降温，经闭式冷却塔降温后的内循环水经循环泵加压后循环使用（见图1），系统采用隔膜式气压罐稳定系统压力，保证系统平稳运行。

图1 上古天然气处理总厂循环水系统流程框图

二、内循环水系统水质分析研究

1、对内循环水及其源水（除盐水）进行了取样和水质分析，得到的分析结果如表1所示。

表1 内循环水水质分析结果

测定项目	新鲜除盐水	内循环水水样1	内循环水水样2
pH	8.5	8.78	8.46
Ca2+(mg/L)	6.01	6.81	5.78
Mg2+(mg/L)	1.82	2.03	1.34
Ba2+/(mg/L)	0.96	0.88	0.93
Sr2+ /(mg/L)	0	0	0
ƩNa+ + K+(mg/L)	15.27	18.01	16.31
OH-（mg/L）	0	0	0
HCO3-(mg/L)	10.66	14.51	15.53
CO32-(mg/L)	7.5	8.3	7.01
Cl-（mg/L）	12.18	14.29	11.43
SO42-(mg/L)	3.69	3.74	3.61
ΣFe(mg/L)	0	0	0
矿化度（mg/L）	15.73	19.87	17.18
总硬度（以CaCO3计）（mg/L）	6.37	6.45	6.91
钙硬度（以CaCO3计）（mg/L）	6.5	6.76	6.43
总碱度（以CaCO3计）（mg/L）	10.04	18.73	20.12

内循环水及其新鲜源水水质基本接近，内循环水样及其源水（除盐水）pH偏碱性，且存在易成垢离子如Ca2+和CO32-、HCO3-等。

2、内循环水系统结垢趋势结果

在对内循环水及其源水（除盐水）水质分析基础上，进行CaCO3、CaSO4结垢趋势预测，预测结果见表2。

表2 内循环水的结垢趋势预测结果

预测方法		除盐水	内循环水样品1	内循环水样品2
预测方法		除盐水	内循环水样品1	内循环水样品2
CaCO3结垢趋势	SI值	-0.0093	0.0082	-0.0092
CaCO3结垢趋势	趋势预测	无	无	无
CaSO4结垢趋势	IS值	-4.6008	-4.6442	-5.5837
CaSO4结垢趋势	趋势预测	无	无	无

结果表明，内循环水及其源水（除盐水）均无CaCO3和CaSO4结垢趋势。

3、内循环冷却水系统过滤器截留物分析

通过对内循环水循环泵入口的篮式过滤器中截留物进行化验分析，其主要成分见表3。

表3 篮式过滤器截留物物性分析结果

成分	含油量	无机物
		SiO2	Fe3O4
含量	4.37%	23.3%	76.7%

结果表明，截留物主要成分为铁锈及石英砂。

三、换热器堵塞超温原因分析及解决措施

通过对内循环水水质及结垢预测研究可以看出，内循环水无碳酸钙和硫酸钙结垢趋势，而内循环水循环泵入口的篮式过滤器中截留物的主要成分为铁锈和石英砂，说明水冷变频器换热器堵塞主要是因为管道在投产前已产生的铁锈的剥落，其次是因为管道投产试运过程中未对内部泥沙完全清理干净。

在1、3#变频器室原管道过滤器处各增设稳流过滤撬1套，整撬采用一键启停的全自动化控制模式，设备联锁运行：即A泵发生故障B泵变频启动、B泵故障旁路自动打开、自刷过滤器压差或清洗周期到达设定值自动清洗排放。有效清理内循环水中的机械杂质，改善冷源水水质，并时刻维持管道流通量、稳定运行压力，保障换热效率，降低压缩机组异常停机频率。经过试运行，稳流过滤撬各项运行指标正常，能够满足贫气压缩机及冷剂压缩机变频器换热器循环水水质要求。

四、实施效果

稳流过滤撬投运后，内循环水进入水冷变频器换热器流量同比前期增长了约200~300m3/h（见表4），流量增长幅度56%—143%，而变频器整体温度下降约1.5℃（见表5），温降幅度3.11%—3.87%。稳流过滤撬的投运有效降低了前期清洗变频器过滤器时变频与工频切换过程中压缩机停机的风险，同时亦减少了因变频器过滤器清理不及时造成的装置异常停机事件，稳流过滤撬投运后未发生一例变频器超温导致的压缩机停机事件，有效的降低了装置停机导致产量损失。

表4 稳流过滤撬投运前后变频器流量比对表

项目类别	投运前	投运后	差值
A列贫气压缩机变频器流量（m3/h）	227	553	326
A列冷剂压缩机变频器流量（m3/h）	246	475	229
B列贫气压缩机变频器流量（m3/h）	388	609	221
B列冷剂压缩机变频器流量（m3/h）	359	575	216

表5 稳流过滤撬投运前后变频器温度比对表

项目类别	投运前	投运后	差值
A列贫气压缩机变频器温度（℃）	43.1	41.7	-1.4
A列冷剂压缩机变频器温度（℃）	39.1	37.6	-1.5
B列贫气压缩机变频器温度（℃）	43.9	42.2	-1.7
B列冷剂压缩机变频器温度（℃）	41.7	40.4	-1.3

另外，稳压过滤撬投运前，为了保障流经四列贫气压缩机变频器的冷却水流量，需投用三台内循环水循环泵，确保内循环水系统运行压力不低于0.65MPa，而稳压过滤撬投运后，流经四列贫气压缩机变频器的冷却水流量得到了保障，目前仅需投用2台内循环水循环泵就能满足液烃回收分离装置的运行需要，系统运行压力控制在0.58MPa左右。经过上述循环水系统工艺改造和现场实际应用，循环水闭式冷却塔的换热效率提高，降低了人工清垢的成本和装置停车风险，循环水系统能耗显著降低。

总结

针对压缩机变频器换热器循环水等工艺改造，大大提高了闭式冷却塔的换热效率，节能效果明显，同时又降低了人工清垢成本和装置停车风险，大幅降低了人工劳动强度，根据内循环冷却水无碳酸钙和硫酸钙的结垢趋势，水冷变频器换热器堵塞物成分为铁屑、泥沙及细菌黏泥，通过在换热器入口增加稳流过滤器，并定期清理过滤器，不但解决了换热器脏堵的问题，而且降低了换热器对循环水系统运行压力的依赖性，一定程度上降低了循环冷却水系统能耗；

参考文献

[1]马庆峰.循环水整体优化节电项目的成功应用[J].石油石化节能，2019，9(03):14-17+7-8.

[2]刘海波，徐榕，刘殿博.化工冷却循环水系统节能及实际应用研究[J].化工管理，2019(36):65.