Охлаждение компрессорной станции - обслуживание и ремонт под ключ

Содержание:

Тепловыделение компрессорной станции
Концевые и промежуточные охладители
Маслоохладители компрессоров
Типы систем охлаждения
Замкнутый контур с драйкулером
Замкнутый контур с чиллером
Охлаждение компрессорного зала
Рекуперация тепла
Нормативные параметры
Этапы проектирования и монтажа
Стоимость работ
Диагностическая таблица
Типичные ошибки
Реализованные проекты

Тепловыделение компрессорной станции: источники и масштаб

Компрессорная станция воздухоснабжения преобразует электрическую энергию в потенциальную энергию сжатого воздуха с КПД около 30–40%. Оставшиеся 60–70% электрической мощности уходят в тепло. Для компрессорной станции мощностью 500 кВт это 300–350 кВт непрерывной тепловой нагрузки, которая должна отводиться системой охлаждения.

Тепло выделяется в трёх точках:

Масло и ротор компрессора (маслозаполненный винтовой компрессор) — масло впрыскивается в полость сжатия, поглощает тепло сжатия и уносит его в маслоотделитель. Масло на входе в сепаратор — +80…+100 °C. Маслоохладитель снижает его до рабочей температуры +40…+60 °C — здесь концентрируется 70–80% всей тепловой мощности.
Сжатый воздух (концевой охладитель) — после ступени сжатия температура воздуха достигает +140…+180 °C. Концевой охладитель снижает её до +30…+45 °C. Это 15–25% тепловой мощности.
Корпус и электродвигатель — рассеивают остаток тепла в пространство компрессорного зала, нагревая воздух помещения.

Без организованного теплоотвода температура воздуха в машинном зале без вентиляции поднимается до +40…+60 °C при нормальной наружной температуре. Срабатывает тепловая защита компрессора — аварийная остановка.

Концевые и промежуточные охладители сжатого воздуха

Концевой охладитель (aftercooler) устанавливается на выходе каждой ступени компрессора перед ресивером сжатого воздуха. Функции: снижение температуры сжатого воздуха до приемлемых значений (+30…+40 °C) и выпадение конденсата перед влагоотделителем.

Нормируемый параметр: температура сжатого воздуха после охладителя не должна превышать температуру охлаждающей воды более чем на +12…+15 °C (ГОСТ 12.2.016-81). При воде +25 °C — воздух не выше +37…+40 °C. Превышение означает загрязнение или недостаточный расход охлаждающей среды.

Промежуточный охладитель (intercooler) применяется в двухступенчатых компрессорах между ступенями. Охлаждение воздуха до начального значения между ступенями снижает работу второй ступени и повышает КПД цикла. Двухступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением экономит до 15–20% электроэнергии по сравнению с одноступенчатым при тех же параметрах давления.

По конструкции охладители — кожухотрубные теплообменники (вода в трубках, воздух в межтрубном пространстве) или пластинчатые для компактных установок. Межтрубное пространство воздушной стороны требует периодической продувки: масляные взвеси из сжатого воздуха оседают на трубках.

Маслоохладители компрессоров

Маслоохладитель — теплообменник на линии масло–охлаждающая среда; снижает температуру масла с +80…+100 °C (выход компрессора) до рабочей +40…+60 °C. Высокая температура масла снижает его вязкость ниже допустимой, ухудшает смазку подшипников ротора и вкладышей.

Конструкция маслоохладителей:

Кожухотрубный: масло в межтрубном пространстве, вода в трубках. Надёжен, ремонтопригоден — трубки можно чистить. Применяется в крупных компрессорах.
Пластинчатый паяный: компактный, высокий коэффициент теплопередачи. Применяется в компрессорах Atlas Copco, Kaeser, Ingersoll Rand средней мощности. Недостаток: чистка только химическая (CIP), механическая недоступна.

Загрязнение маслоохладителя — наиболее частая причина перегрева масла и аварийного останова компрессора. Накипь на стороне воды и масляный нагар на стороне масла снижают теплопередачу на 20–40% за 1–2 года эксплуатации. Плановая промывка маслоохладителя — раз в год или при срабатывании тепловой защиты.

Типы систем охлаждения компрессорной станции

Замкнутый контур с драйкулером

Схема замкнутого контура с драйкулером — оптимальное решение для большинства компрессорных станций в России с учётом климата. Этиленгликолевый раствор циркулирует по замкнутому контуру насосами Grundfos или Wilo: через маслоохладитель и концевой охладитель компрессора → в драйкулер на кровле или у стены → обратно к компрессору.

Температура хладоносителя: при наружной температуре +30 °C хладоноситель на входе в компрессор: +25…+35 °C; на выходе из маслоохладителя: +35…+45 °C. Ограничение: при температуре наружного воздуха выше +30…+32 °C эффективность драйкулера снижается — необходим запас по площади теплообменника или адиабатическое увлажнение (система AFS).

Концентрация этиленгликоля — 30–40% для защиты контура при зимних температурах до −20…−25 °C. Чистая вода в замкнутом контуре допускается только при гарантированном отсутствии риска замерзания.

Состав контура: насосная группа с резервным насосом; мембранный расширительный бак; автоматический воздухоотводчик; грязевой фильтр-сетка; пластинчатый теплообменник-разделитель (если необходимо разделить масляный контур компрессора от общего). Пластинчатый разделитель обязателен, когда масло и гликоль несовместимы химически или когда производитель компрессора требует раздельных контуров.

Замкнутый контур с чиллером

Чиллер обеспечивает охлаждение хладоносителя до +6…+15 °C независимо от наружной температуры.

Применяется, когда:

воздух у маслоохладителя или концевого охладителя должен охлаждаться ниже +30…+35 °C летом при наружной температуре +35…+40 °C
требуется точный контроль температуры масла (прецизионные компрессоры, газовые компрессорные установки)
компрессорная станция расположена в закрытом помещении без возможности установки драйкулера снаружи

Чиллер воздушного охлаждения — наиболее простой вариант для новых объектов. Чиллер устанавливается снаружи на кровле или у стены; хладоноситель поступает к теплообменникам компрессора по гликолевому трубопроводу.

Чиллер с водяным охлаждением конденсатора — при необходимости размещения в закрытом помещении; конденсатор охлаждается отдельным контуром с градирней или драйкулером.

Применение чиллера дороже драйкулера в монтаже и по электроэнергии, но обеспечивает гарантированную температуру хладоносителя при любых условиях. В Московском регионе при летних пиках +35…+38 °C наружного воздуха драйкулер на 10–15% крупнее расчётного справляется без чиллера.

Охлаждение компрессорного зала

Тепло, выделяемое корпусами компрессоров, электродвигателями и трубопроводами, поступает в воздух машинного зала. Без вентиляции температура в зале достигает +50…+60 °C, что ведёт к аварийной остановке компрессоров по тепловой защите и нарушению условий труда персонала.

Вентиляция приточно-вытяжная — основной способ охлаждения зала. Приточный воздух подаётся снизу у компрессоров; вытяжной уходит через крышу или верхние решётки. Объём вентиляции рассчитывается из условия: температура воздуха у воздухозаборников компрессора не выше +35 °C. Недопустим рециркуляционный контур — горячий воздух от одного агрегата не должен попасть на всасывание соседнего.

Промышленные охладители воздуха (сплит-системы промышленные, прецизионные кондиционеры) применяются для поддержания температуры в зале до +25…+30 °C в летний период. Это полезно при нахождении персонала в зале и при высоких требованиях к точности автоматики компрессоров.

Вытяжные зонты над компрессорами организуют направленный отбор горячего воздуха прямо у теплообменников воздушного охлаждения: горячий поток идёт по воздуховоду наружу, не нагревая весь зал. Снижение температуры в зале на 8–12 °C по сравнению с неорганизованной вентиляцией.

Рекуперация тепла компрессорной станции

Тепло, отводимое от компрессорной станции, — бесплатный источник тепловой энергии. Маслоохладитель отдаёт тепло при температуре +60…+80 °C; это достаточно для:

нагрева технологической воды для нужд производства
отопления помещений в зимний период (система «тепловой насос» на базе охлаждающего контура компрессора)
горячего водоснабжения производственно-бытовых корпусов

Коэффициент рекуперации: маслоохладитель конвертирует около 70% электрической мощности компрессора в тепловую энергию, пригодную для полезного использования. Для компрессора 200 кВт это 140 кВт бесплатного тепла в виде горячей воды +50…+70 °C.

Схема рекуперации: между маслоохладителем компрессора и обратным трубопроводом системы отопления устанавливается пластинчатый теплообменник. Масло охлаждается водой контура отопления, отопительная вода нагревается.

Управление — через трёхходовой вентиль: при высокой нагрузке на отопление вся теплота маслоохладителя идёт в сеть; при низкой — избыток сбрасывается через драйкулер.

Нормативные параметры охлаждающей воды

ГОСТ 12.2.016-81 «Оборудование компрессорное. Требования безопасности» устанавливает:

температура охлаждающей воды на входе в компрессор — не выше +25…+30 °C (зависит от модели)
температура нагретой воды на выходе — не выше +40 °C
нормальный перепад температуры воды через охладитель — 10–15 °C
температура сжатого воздуха после концевого охладителя — не выше температуры охлаждающей воды более чем на +12…+15 °C
система охлаждения должна иметь визуальный контроль подачи воды ко всем охлаждаемым частям или автоматическую сигнализацию

Для замкнутых гликолевых контуров рабочие параметры аналогичны водяным; добавляется контроль концентрации гликоля (рефрактометром не реже раза в квартал) и pH (7,0–9,0).

Этапы проектирования и монтажа

Обследование. Сбор данных о компрессорном парке: мощность, тип (маслозаполненные, безмасляные, поршневые), режим работы (непрерывный или циклический), существующие системы охлаждения и их состояние.
Тепловой расчёт. Определение суммарной тепловой мощности маслоохладителей и концевых охладителей с учётом одновременности работы агрегатов; расчёт потребного расхода охлаждающей среды; расчёт мощности и типоразмера драйкулера или чиллера.
Проектирование. Схема контура (трубопроводы, насосы, теплообменники, расширительный бак, воздухоотводчики); расчёт диаметров трубопроводов; выбор марок насосов и оборудования; схема автоматики; компоновка оборудования на объекте.
Монтаж. Установка драйкулера или чиллера; монтаж трубопроводов из стали или нержавейки с теплоизоляцией; монтаж насосного блока, расширительного бака, воздухоотводчиков; подключение к охладителям компрессоров.
Заполнение контура. Промывка контура, заполнение этиленгликолевым раствором расчётной концентрации с ингибитором коррозии.
Электрическое подключение. Монтаж щита управления; подключение насосов, драйкулера или чиллера; настройка автоматики с уставками по температуре.
Пуско-наладочные работы. Запуск системы охлаждения; замер температур хладоносителя на входе и выходе каждого охладителя компрессора; проверка расходов; настройка уставок; измерение температуры в компрессорном зале; составление паспорта системы.

Стоимость работ

Диагностическая таблица

Компрессор останавливается по температуре масла;Загрязнение маслоохладителя или недостаточный расход охлаждающей среды;Промывка маслоохладителя, проверка расхода и температуры охлаждающей воды на входе Температура в компрессорном зале выше 40 °C при нормальной наружной температуре;Засорение воздухозаборных решёток или недостаточная мощность вытяжной вентиляции;Очистить решётки, проверить производительность вентиляционных агрегатов, добавить вытяжку Давление в замкнутом контуре охлаждения снизилось;Утечка в контуре или неисправность мембранного расширительного бака;Поиск утечки, проверка давления зарядки расширительного бака Концентрация гликоля в контуре ниже расчётной;Добавление воды при дозаправке без учёта концентрации;Измерить концентрацию рефрактометром и довести до расчётного значения Температура воздуха после концевого охладителя выше нормы;Загрязнение теплообменника охладителя или снижение расхода охлаждающей воды;Промывка концевого охладителя сжатого воздуха Рефрижераторный осушитель не выдерживает точку росы;Высокая температура воздуха в зале нагружает испаритель осушителя;Снизить температуру воздуха в зале вентиляцией, проверить заправку хладагента осушителя Драйкулер не обеспечивает расчётную температуру хладоносителя летом;Загрязнение ламелей теплообменника пухом или промышленными выбросами;Промывка теплообменника водой под давлением 2–4 бар перпендикулярно ламелям с расстояния 200 мм Маслоотделитель компрессора быстро насыщается маслом;Высокая температура масла — маслоохладитель не справляется с нагрузкой;Проверить расход охлаждающей воды через маслоохладитель и степень его загрязнения

Типичные ошибки

Не промывают маслоохладитель при плановом ТО компрессора. Производитель компрессора указывает промывку маслоохладителя в регламенте каждые 2000–4000 ч. На практике о нём вспоминают после первой аварийной остановки по перегреву. За 2 года накипь и масляный нагар снижают теплоотдачу на 30–40%. Промывка маслоохладителя — ежегодная операция, а не аварийная мера.
Применяют чистую воду в замкнутом контуре и не учитывают риск заморозки. Летом вода вместо гликоля работает. В октябре компрессорная станция останавливается — дренаж. Трубопроводы на кровле замерзают и рвутся. Замкнутый наружный контур всегда заполняется гликолевым раствором с защитой на 5 °C ниже минимальной наружной температуры.
Не разделяют масляный контур компрессора и гликолевый контур системы охлаждения. При прямом подключении гликоль попадает в маслосистему компрессора при малейшей разгерметизации теплообменника. Смесь масла с гликолем разрушает уплотнения и засоряет маслосепаратор. Пластинчатый теплообменник-разделитель между контурами — обязательный элемент при использовании гликоля у компрессоров, не предназначенных для гликолевого охлаждения.

Frostsystems проектирует и монтирует системы охлаждения компрессорных станций — замкнутые гликолевые контуры с драйкулерами и чиллерами, маслоохладители, промывку концевых охладителей с пуско-наладочными работами в Москве и Московской области.

Почему стоит обратиться к профессионалам?

Квалифицированный монтаж и сервис в перспективе значительно снижают эксплуатационные затраты на содержание холодильной техники

Оригинальные комплектующие

Предоставляем запчасти, которые поставляются напрямую от производителей. Подберем качественные аналоги. Ваша экономия до 30% за счет дилерских цен. Сокращенные сроки поставки.
Бесплатная диагностика

Точная причина неисправности определяется во время визита. На основе полученной информации предлагается наиболее подходящий способ решения проблемы.
Выезд на объект в течение 4 часов

Техническое обслуживание холодильного оборудования в Москве и Московской области. Оформление вызова по телефону за 2 минуты. Гарантия на выполненные работы.