浅析循环冷却水水质对空压机运行的影响

吴松林 刘 飞

(1.衡阳华菱钢管有限公司 ，湖南 衡阳 421001； 2.南华大学，湖南 衡阳 421001)

1 引言

能源介质高效稳定的供给，是钢企稳定发展的基础，压缩空气是钢企生产中重要的能源介质，空气压缩机(以下简称空压机)是压缩空气系统中最关键的设备，冷却系统又是空压机的重要组成部分。水冷式空压机工作时压缩气体做功产生的热量，需要通过冷却水带走，冷却水质的好坏直接影响着空压机的换热。本文通过对某钢铁公司各空压站区循环水系统的研究，探讨冷却水部分水质指标超标对水冷式空压机运行的影响。

2 空压机的供水方式

2.1 自来水供水

自来水供水属于直流冷却水系统，冷却水仅通过换热设备一次，用过后水就被排放掉。这种系统的优点是投资少、操作简便、水质好，不易出现因水质问题而影响空压机冷却系统的效果；缺点是用水量大，冷却水的花费大，不符合节约使用水资源的要求。此种供水方式适用于空压机用水量小，且空间受限的环境。

2.2 循环水供水

循环供水属于循环冷却水系统(图1)[1]，即冷却水用过后不立即排放掉，而是回收循环再用。这种系统的优点是可大量节约水资源，为企业直接创造可观的经济效益；缺点是循环水在多次重复使用的过程中易造成空压机换热面结垢以及电化学腐蚀等影响。

2.3 空压机供水方式

炼铁、炼钢、轧管、套管4个空压站均采用独立的循环冷却水供水，且各循环水系统均采用开放式冷却塔，系统补充水均为自来水。

3 冷却水质超标对空压机的影响

3.1 硬度

3.1.1 硬度超标对空压机的影响

2019年11月炼钢空压站某活塞式空气压缩机二级排气温度高报警，达到176 ℃(报警值为160 ℃)。经现场检查，发现二级进气温度也高达70 ℃(正常值<60 ℃以下)。通过拆开该机组中间冷却器以及气缸水套检查，发现冷却器水管内壁以及气缸水套表面附着一层白色的水垢，且有的部分水道铜管被水垢完全堵塞。取循环冷却水样化验，测量其硬度(含暂时硬度和永久硬度，以CaCO3计)达到了567 mg/L。

3.1.2 原因分析

炼钢空压站循环水系统未设置软化处理系统，循环水的补充水源为自来水，该自来水总硬度为106 mg/L[2]，随着冷却水多次循环利用，浓缩倍数增加，水中的钙、镁离子浓度逐步增高(图2)，导致循环水的硬度超标(正常值：CaCO3含量≤200 mg/L，GB/T 50050-2017[3])。

冷却水经过冷却器换热面，在高温的作用下，加速碳酸钙及氢氧化镁的形成[4]，并附着于冷却器管道内壁，形成一层白色、质地较硬的水垢。

(1)

(2)

由于水垢的导热系统很低，不仅会造成冷却器换热效率降低，严重时会堵塞冷却器水道，造成机组温度升高。

3.1.3 解决方法

解决循环冷却水硬度超标，减缓或阻止冷却器结垢，可从2个方面进行控制：

(1)降低冷却水的硬度。可在循环水系统中加入软化处理装置[5]，即系统中的循环水以及补充的新水均为软水。此方法的优点是可有效的除去循环水中的钙、镁离子[6]，缺点是初期投资大，软化处理运行成本高；如无条件增设软化装置，可定期用自来水置换出部分或全部循环水，以稀释冷却水中钙、镁离子的浓度。

(2)减缓结垢的速率。可通过向循环水池中连续添加适量的化学药剂，即缓蚀阻垢剂，一方面可增加无机盐溶解度，起到阻垢作用；另一方面可阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减慢了晶体的增长速度，从而减少了盐垢的形成。

3.2 微生物

3.2.1 微生物超标对空压机的影响

2019年8月炼铁空压站某双螺杆式空压机排气温度高报警，达到101 ℃(100 ℃为报警值)，经过现场检测油冷却器进出口油温温差仅为10 ℃，主机注油温度高达90 ℃。停机后拆开油冷却器端盖，发现油冷却器水路管道被藻类形成大量的粘泥堵塞，造成冷却水无法正常流通。

3.2.2 原因分析

目前各空压站循环水系统均采用开放式冷却塔，开放式冷却塔内可获得充分的光照、适宜的温度、充足的氧和养分，这些因素会滋生细菌和藻类的生长，其初期增长呈对数曲线(图3)，加剧腐蚀与污垢的形成，同时系统粘泥增加[7]，在冷却器内沉积下来，造成了冷却器水道堵塞，导致冷却器换热效果降低，螺杆空压机的润滑油因未得到充分冷却，造成空压机排气温度升高。

3.2.3 解决方法

防止或减缓微生物超标，避免空压机冷却器换热效率降低，通常解决的方法可分为两种：

(1) 控制微生物的生长。可在循环水系统中设置水处理系统，通过向循环水中加入杀菌灭藻剂，来杀灭微生物。为了避免系统中细菌和微生物产生抗药性，可采用氧化性杀菌剂(如：次氯酸钠、氯液等)和非氧化性杀菌剂(如：异噻唑啉酮)交替投加的方式。

(2) 定期清洗冷却器。在条件允许的情况下，定期取水样送检化验微生物含量，若检测微生物含量超标，且空压机的相关温度明显上升，则对空压机的冷却器进行化学药剂循环清洗。如无法对循环水的微生物含量进行检查，可通过观察冷却塔及水池壁上藻类等生长情况初略判断微生物的增长情况。

3.3 悬浮物

3.3.1 悬浮物超标对空压机的影响

套管空压站某离心式空压机系新上马的机组，投入运行3个月后油温高达60 ℃报警(报警值55 ℃)，二、三级级间进气温度高达56 ℃报警(报警值55 ℃)。检查发现空压机进水水压偏低，拆开进水管道上机械式过滤器发现滤网被大量悬浮物堵塞。经检测发现该循环水悬浮颗粒物达到38.5 mg/L(正常值≤20 mg/L，GB/T 50050-2017)。

3.3.2 原因分析

套管空压站循环水系统采用开放式冷却塔，循环水池也为开放式，且采用RPVC硬质聚氯乙烯作为冷却塔的折波填料，随着使用年限的增长，冷却塔填料老化造成碎片脱落，以及大气中的固体颗粒、机械杂质、粉尘等易进入循环水系统中，导致冷却水中的悬浮物超标。颗粒较大的悬浮物通过冷却水过滤网以及冷却器时，会造成水路堵塞，进而造成冷却器换热不充分，换热效率降低，引发油温或级间进气温度偏高。

3.3.3 解决方法

解决循环水系统悬浮物超标可从2个方面进行处理，一方面从源头上，杜绝或减少外界杂质、灰尘等进入系统；另一方面对进入空压机冷却器前的循环水进行过滤。具体如下：

(1)源头控制

在条件允许的情况下，尽可能采用封闭式的冷却塔，这样避免了循环水与外界的直接接触，能有效的避免杂质、粉尘及颗粒物进入系统，避免循环水的悬浮物超标。如采用开放式冷却塔，应及时清理冷却塔及水池周边的杂物、树木，确保冷却塔及水池周边的环境干净，并定期对水池进行清洗和换水。

(2)冷却器前过滤

在循环水系统水泵与换热器之间加装过滤装置。即通过过滤系统将大颗粒的悬浮物过滤掉。常用的过滤装置有机械过滤设备和砂过滤，机械过滤设备效果较好的有自带反洗功能的全自动自清洗过滤器，其过滤精度可达到200 μm以上，并自带堵塞报警功能，报警后将滤网拆除后人工清洗即可，安装时应为过滤器加装旁通，确保过滤器可在线不停机清洗；砂过滤具有过滤精度高(可达50 μm)、全自动过滤、全自动反冲洗，但投资较大，占用空间大。

3.4 电导率

3.4.1 电导率招标对空压机的影响

2020年4月点检人员发现轧管空压站循环水池表面有浮油，经检查发现某离心式空压机油箱的油位下降明显，判断可能是润滑油通过油冷却器泄漏至循环水系统。经停机检修，对油冷却器各水通道进行打压试验，发现油冷却器有一根铜管因电化学腐蚀而穿孔，因系统油压高于冷却水压，致使润滑油泄入循环水，后经维修人员将穿孔铜管两端堵塞后，投运正常。 通过取循环水样送化验，检测发现循环水的电导率高达1362 μS/cm(正常值≤1000 μS/cm，GB/T 50050-2017)。

3.4.2 原因分析

3.4.3 解决方法

定期取水样送检化验，根据化验结果判断循环水电导率是否超标。当检测循环冷却水电导率超标后，主要从以下3个方面进行分析和处理：

(1)浓缩倍数提高引发超标

当循环水系统未改变运行工况，未新添加药剂、未大量补充新水或补充水水质达标时，需考虑是因浓缩倍数提高引发的电导率超标[9]。这种情况下，可更换水池中的循环水，或加大循环水的排水量和新水的补水量，降低浓缩倍数。

(2)添加药剂引起超标

为了确保相关冷却或换热设备的稳定运行，循环水系统可能增设了在线加药系统，如因添加药剂造成循环水的电导率超标，则待药剂处理完毕后，及时调整系统排、补水，并视情况调整添加药剂的种类或数量。

(3)补水水质引起超标

当水池更换新水，或补充了大量水后，循环水的电导率出现异常的增高，导致循环水电导率超标。则应考虑系统补充水的电导率超标，此种情况下需关闭系统补水、排水，待补水水质稳定后，调整系统排、补水。

4 总结

循环冷却水水质的好坏与否，直接关系着水冷式空压机的正常运行，特别是硬度、微生物、悬浮物以及电导率等指标超标时，不仅可能造成空压机故障停机，也会对设备的使用寿命造成影响。但只要对循环水水质相关指标进行定期检测和跟踪，并结合空压机相关运行参数的变化，便可准确的判断出水质超标类型和原因，问题将迎刃而解。