宁波市汽车燃气有限公司 浙江宁波 315000
摘要：闭式循环冷却水系统，其冷却水为全封闭内路循环，避免与空气及其他物质接触，能有效保持循环冷却水的水质要求，减少设备结垢及腐蚀，提高传热效率，增加换热设备的使用寿命。在用水作为冷却介质的CNG加气站建设中，冷却水循环系统是保证压缩机正常运行的关键，在实际应用时仍需要综合考虑温度、水质、设备需求、系统稳定性等多方面因素，从而保证系统的稳定运行。
关键词：闭式循环；冷却水；CNG加气站；水质
一、前言
宁波市汽车燃气有限公司镇海客运中心LNG/CNG加气站CNG工艺采用闭式循环冷却水系统，冷却水从水箱利用水泵通过管道，经过压缩机各级冷却器，流经闭式冷却塔盘管，与外界冷却水或空气进行热交换，达到降温效果。
客运中心加气站自2015年7月正式营业后，分别在2016年初及2017年初分别经历寒潮，尤其是在2016年初气温达到-8℃，是对加气站设备稳定运行的极大考验。在寒潮来临前，加气站按循环水塔使用说明书要求，添加足够的防冻液进行防冻，防止盘管冻裂。但是由于本身水质过差，导致不得不在度过冬季后更换冷却水，造成防冻液的浪费及环境污染，同时增加了运营成本，因此在2017年底对客运中心站冷却水系统进行改造。本文通过改造前后的部分数据进行对比分析，确定改造的可行性。
二、闭式循环冷却系统原理及改造方案
（一）闭式循环冷却系统原理
采用软水作为冷却介质，通过吸收工艺换热设备的热量，使得冷却水升高温度后，进入闭式冷却塔盘管内，空气在管外流过，使管内冷却水与管外的空气进行热量交换，当闭式循环冷却出水温度不能没满足工艺要求的温度时，开启闭式冷却塔内循环喷淋水系统，结合塔顶的排风机，进行降温。循环冷却水在闭式循环冷却塔盘管内循环，热量被管外空气及冷却塔内循环喷淋水吸收，返回水箱后再经水泵送至工艺换热设备，往复循环。
（二）改造方案
本次改造，在基本不改变闭式循环冷却系统功能及效果的情况下，增加阀门及旁通，改变冷却水流向，减少冷却空间及距离，使其直接进入水箱，形成循环。在装置最高点及最低点设置排气口及排水口，作为吹扫时的进气口及排水口。
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在寒潮来临前，打开旁通阀，关闭进出冷却水塔盘管的阀门，利用经过干燥的压缩空气，从排气口对盘管进行反复吹扫，盘管内的冷却水通过排水口排出。吹扫完成后，保持盘管压力为0.2~0.3Mpa，即使有少量残留液态水也不致结冰，另外防止阀门内漏导致冷却水进入盘管。
由于冷却空间及距离的缩短，经过压缩机后的冷却水温度又相对较高，在未经充分冷却后进入水箱，经循环水泵再次循环，可能造成压缩机各级温度上升最终导致设备温度过高而停机，影响设备正常使用。因此在开启压缩机后，可以考虑通过更换水箱冷却水降低水温，同时改变进水方式，由上进水改为下进水，使水箱上部温度较高的冷却水溢出，下部温度较低的水进入水泵进行循环，达到最大的降温冷却效果。
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当寒潮过后，关闭旁通阀门，打开盘管进出水阀门，关闭装置排水口，即可正常使用。
三、运行数据分析
2017年12月16日上午9：00，对镇海客运中心站循环冷却水系统进行切换，防止冷却塔盘管结冰。以下通过压缩机运行数据比对，尤其是对直接受冷却效果影响的各级排气温度、出气温度、润滑油温度以及冷却水本身温度进行对比，分析此次改造结果。
（一）换水对水温变化
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系列1：2018年1月13日10：12~10：45不换水，10：45~11：32下进水换水；
系列2：2018年1月13日15：03~15：30下进水换水，15：30~16：12不换水；
系列3：2018年1 月11日11：52~12：56，全程下进水；
系列4：2017年12月19日10：14~10：58，不换水；
由图表可知：在一个压缩机运行周期内，水温基本呈一次函数上升，上升速率稳定；水箱不进行换水时，冷却水温升达到13℃左右，且上升速度较快，但仍能保证设备正常使用；当水箱进行换水时，水温相对保持稳定，温升2~3℃；且换水可有效缓解水温上升速度。
在压缩机停止运行后，冷却水自然冷却，水温下降速度主要受环境温度及开机频率影响，环境温度越低，开机频率越低则温度下降越快，对下一次开机运行的影响越小。
（二）各级排气温度对比
数据采集自1号压缩机在相同时间段（10：00~13：00），一个运行周期内；
系列1：2017年8月22日，环境温度31℃，过盘管；
系列2：2017年12月13日，环境温度10℃，过盘管；
系列3：2017年12月16日，环境温度5℃，过旁通，换水；
系列4：2017年12月18日，环境温度8℃，过旁通，换水；
系列5：217年12月19日，环境温度8℃，过旁通，不换水；
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根据以上图表数据显示：与夏季高温天气压缩机运行数据对比，在冬季，无论循环冷却水是否经过盘管，水箱是否换水，冷却水温度、各级排气温度、润滑油温度及出气温度均保持在相对较低的温度，能保持设备的正常使用。
（三）使用条件
1、当温度低于-2℃时，可开启旁通，关闭冷却塔盘管进出水阀门；
2、压缩机运行稳定后，排气温度保持在冷却水温+0~2℃，在持续换水的情况下，各排气温度保持相对稳定；在不换水的情况下，在白天受环境温度影响可能导致二级排气温度达到130℃以上（140℃报警），此时冷却水温度在26℃左右，因此可以此作为进行换水的依据，该操作可实现自动控制；
3、盘管吹扫要彻底，吹扫时压力控制在冷却塔盘管及冷却水管、阀门的工作压力之内。
四、运营成本分析
根据设备说明书要求，闭式循环冷却塔需在冬季添加防冻液，以防止冷却塔盘管冻结造成管道冻裂，具体添加要求如下：
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按凝固点-8℃（参考2016年初寒潮历史最低温度），以客运中心站6m³水箱为例，需添加乙二醇1.2吨，约10000元人民币左右。由于水质较差，在春季气温回暖后需更换水箱冷却水，且为防止环境破坏需对添加有防冻液的冷却水进行有偿回收。
本次改造费用合计约4000元人民币，主要对循环冷却水管道进行改造，增加旁通截止阀门及水箱进水方式改造。客运中心站水箱补给约6m³/小时，水费约6元/m³，每天开机3次合计3小时，冬季温度低于-2℃为30天计算，整个冬季约消耗水量约540吨，共计3240元人民币，至少节约费用6760元/年。
五、结论
根据以上数据分析，改造后能设备运行温度在可控范围之内，压力未见明显变化，且减少运营成本，本次对镇海客运中心站闭式循环冷却水系统改造基本成功。
参考文献：
[1]薛鹏涛，杨卫东，许长泳.压缩天然气加气站设备选型与运行管理[J].煤气与动力，2004，24（6）：348-350.
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