CNG加气站压缩机冷却系统结垢与腐蚀现象的分析和处理

2022-09-11

一、背景

为了减少城市交通给大气带来的污染, 国家在十二五规划中明确提出提高天然气的利用规模, 这为CNG加气站的发展创造了条件。CNG加气站在各地快速发展的同时, 却又面临站内压缩机冷却系统结垢与腐蚀现象, 最终造成压缩机热交换效率下降、温度升高、设备故障几率增加影响使用年限等问题。为解决这个问题, 现行各加气站普遍采用的方法是定期对压缩机冷却系统进行化学清洗, 但该方法在具体的操作过程中不仅需要停产, 还要消耗大量的人力、物力, 而且清洗之后维持时间较短, 效果并不理想。

二、造成压缩机冷却系统结垢、腐蚀因素

1. 水质因素

CNG加气站压缩机循环水冷却系统普遍使用自来水作补充水, 水质硬度较大, 进入冷却系统循环使用, 经CNG加气站内冷却塔曝气、传热、浓缩后, 水中含盐量显著增加, 菌藻滋生严重, 冷却塔藻类青苔较多, 粘泥软垢堵塞冷却塔填料及水流通道, 循环水冷却系统在工作过程中不可避免地产生结垢、腐蚀现象。

2. 设备因素

压缩机由电动机带动曲轴, 再通过连杆、十字头带动活塞作往复运行进行气体压缩, 由此会产生大量热量, 造成冷却水温度升高, 在工作过程中随着运行时间的增加, 高温水将在冷却系统换热设备上产生结垢、腐蚀现象。

三、解决办法

为了解决化学清洗的不足之处, 现提出水质加药和离子交换树脂两种方案, 分析了两种处理方案的工作原理及在运行过程中的优缺点。

1. CNG加气站水质加药处理方案

(1) 药剂组成与工作原理

药剂由阻垢缓蚀剂和杀菌灭藻剂组成。

阻垢缓蚀剂由有膦酸、聚羧酸、磺酸盐共聚物、铜缓蚀剂、特殊活性助剂等组成, 其在高温下通过不易分解的特性有很强的分散阻垢及补膜缓蚀作用。其工作原理是通过提供配位电子基团 (如羟基、膦酸基团等) 与金属离子形成配位键生成环状螯合物, 通过螯合物在金属表面形成的保护膜起到缓蚀作用, 同时对水中的碳酸钙、硫酸钙等产生的螯合分散和晶格畸变作用。按照合理配比原则充分发挥其协同效应, 具有阻垢力强、缓蚀率高、耐高温、不易分解等特点。

杀菌剂主要有氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂两种。氧化性杀菌剂, 由氯气、次氯酸钠、臭氧强氧化剂组成, 通过强氧化作用有效的氧化细胞内含硫基的酶, 使蛋白质中的氩基酸氧化分解而死亡。非氧化性杀菌剂, 如季铵盐在水中电离后带正电荷, 容易吸附在带负电荷的微生物表面, 并渗透到微生物内部, 破坏细胞结构, 使微生物死亡。

(2) 水质加药处理优缺点

优点:减缓换热设备和管道水垢的生成, 管道阻力减小、泵压稳定, 冷却水流量稳定, 换热效率提高;控制了金属设备和管道的腐蚀速度, 延长了设备使用寿命和工作运行周期, 降低了设备孔蚀引发泄漏事故的可能性;能有效控制循环水系统微生物菌藻生长繁殖;浓缩倍数提高。

缺点:添加药剂容易对环境造成二次污染;药剂为弱酸性自身可能对设备造成轻微腐蚀。

2. 加装离子交换树脂装置

(1) 离子交换树脂组成与工作原理

离子交换树脂是一种聚合物, 带有相应的功能基团, CNG加气站通常采用钠离子交换树脂。其工作原理是:常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子, 当水中的钙镁离子含量高时, 离子交换树脂可以释放出钠离子, 功能基团与钙镁离子结合, 这样水中的钙镁离子含量降低, 水的硬度下降, 硬水就变为软水。其化学反应式如下:

式中的EX表示离子交换树脂功能基团, 这些功能基团结合了Ca2+及Mg2+之后, 将原本含在其内的Na+离子释放出来。

当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后, 树脂的软化能力下降, 需要用特定浓度 (一般10%) 氯化钠溶液流过树脂, 此时溶液中的钠离子含量高, 功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合, 这样树脂就恢复了交换能力。其化学反应式如下:

Ca EX+2Na+ (浓盐水) →Na2EX+Ca2+

Mg EX+2Na+ (浓盐水) →Na2EX+Mg2+

(2) 离子交换树脂装置优缺点

优点:处理能力大, 无机离子的去除能力优, 能除去各种不同的离子, 可以反复再生使用, 工作寿命长, 运行费用较低;具再生能力, 且装置简单。

缺点:树脂表面会有微生物的増殖;树脂的崩解碎片等会造成水中颗粒的増加;离子交换树脂本身也纯水机是有机物质, 可能受到氧化分解、机械性破裂。