工業(yè)園集中空壓站選型設(shè)計(jì)

代黎

【摘 要】采用集中空壓站為工業(yè)園區(qū)中氣用戶(hù)進(jìn)行集中供氣，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)集中，占地小，可增強(qiáng)工業(yè)園區(qū)競(jìng)爭(zhēng)力。文章通過(guò)對(duì)空壓機(jī)機(jī)型、驅(qū)動(dòng)方式的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，確認(rèn)選擇電動(dòng)離心空壓機(jī)方案，并進(jìn)一步通過(guò)對(duì)空壓機(jī)配置技術(shù)方案的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較后，確認(rèn)了最適合工業(yè)園的集中空壓站的建設(shè)方案。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī);選型;驅(qū)動(dòng)方式

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH45;TF089 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）03-0057-02

0 前言

某工業(yè)園區(qū)有很多家企業(yè)對(duì)壓縮空氣需求巨大，為了加強(qiáng)園區(qū)的統(tǒng)一管理，提升園區(qū)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，由園區(qū)內(nèi)電廠新建集中空壓站給各企業(yè)供氣，既響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排政策，實(shí)施能源綜合利用，又避免了園區(qū)企業(yè)各自建設(shè)或維護(hù)空壓機(jī)站，還獲得了不錯(cuò)的投資回報(bào)，可謂一舉多得。

采用集中空壓站為園區(qū)氣用戶(hù)進(jìn)行集中供氣，與分散供氣相比，具有供氣效率高、布置緊湊、占地小等優(yōu)勢(shì)，還具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供氣質(zhì)量等綜合效益，是提高能源綜合利用效率的重要手段，符合國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

采用集中空壓機(jī)站代替分散供氣，設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)相對(duì)集中，可以有效地減少人力和物力，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。此外，采用集中供氣也符合工業(yè)園區(qū)的整體規(guī)劃，為園區(qū)后續(xù)發(fā)展提供供氣保證。

通過(guò)對(duì)工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)用氣負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，集中空壓站負(fù)荷為2 000 Nm3/min，供氣壓力為0.5 MPa（G）。

1 機(jī)型比較

近年來(lái)，在我國(guó)的石化、制藥、鋼鐵等行業(yè)中，離心空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，而活塞式空壓機(jī)除了應(yīng)用在特殊場(chǎng)合外，已經(jīng)逐漸被螺桿式空壓機(jī)取代。因此，本文僅對(duì)比分析離心式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)。

螺桿式空壓機(jī)的操作與維護(hù)方便，適應(yīng)性強(qiáng)，具有小尺寸、大流量的優(yōu)點(diǎn);但運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲高，功耗相對(duì)稍高，維護(hù)成本較高;適合流量一般不大于60 Nm3/min、中高壓力的場(chǎng)合。

離心式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，排氣量大，排氣均勻，氣流無(wú)脈沖，排氣量穩(wěn)定，效率高，節(jié)能;零部件少，易損件少，維修量少，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，可靠性極高;適合大中流量、中低壓力的場(chǎng)合。但是，當(dāng)用氣量需求的波動(dòng)超出離心式壓縮機(jī)額定排氣量的30%時(shí)，離心式壓縮機(jī)就可能發(fā)生喘振。

目前，常用的螺桿式空壓機(jī)單臺(tái)流量不超過(guò)60 Nm3/min，最大流量為80 Nm3/min。根據(jù)《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50029—2014），新建空壓站的螺桿式空壓機(jī)臺(tái)數(shù)以3～6臺(tái)為宜，如果空壓機(jī)臺(tái)數(shù)過(guò)多，則對(duì)其維護(hù)管理不便，建筑面積也會(huì)增加;而本工程集中空壓站負(fù)荷為2 000 Nm3/min，需要選用25臺(tái)80 Nm3/min螺桿式空壓機(jī)（未考慮備機(jī)），因此選擇螺桿式空壓機(jī)是不適宜的。由于本工程用氣需求量大，集中空壓站適宜裝設(shè)大容量離心式無(wú)油壓縮機(jī)。

2 驅(qū)動(dòng)方式比較

目前，空氣壓縮機(jī)組驅(qū)動(dòng)方式一般為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，少量采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。

2.1 技術(shù)可行性比較

電機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，輔助設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，啟動(dòng)過(guò)程時(shí)間短，速度快;而蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，輔助設(shè)備多，暖機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，其啟動(dòng)時(shí)間比電動(dòng)機(jī)組長(zhǎng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)和汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)、缺點(diǎn)對(duì)比表見(jiàn)表1。

2.2 經(jīng)濟(jì)可行性比較

1.6 MPa·a/350 ℃蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組，流量為500 Nm3/min，價(jià)格約1 000萬(wàn)元，而采用電驅(qū)動(dòng)的同容量空壓機(jī)組約500萬(wàn)元，基本上電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組設(shè)備費(fèi)是蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組的一半，而且蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組比電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組耗水多，循環(huán)冷卻水量也大得多，蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組所需循環(huán)水泵的配置比電驅(qū)動(dòng)方案的高。因此，從初期投資來(lái)看，電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)方案優(yōu)勢(shì)明顯。

2 000 Nm3/min空壓站總功率約9 600 kW，采用電驅(qū)動(dòng)方式，按電價(jià)0.398 1元/kW·h考慮，運(yùn)行費(fèi)用約3 821元/h;采用蒸汽驅(qū)動(dòng)方式，需要蒸汽約48 t/h，按蒸汽汽價(jià)200元/t考慮，運(yùn)行費(fèi)用約9 600元/h。以上尚未考慮循環(huán)水泵耗電，而且蒸汽驅(qū)動(dòng)方式空壓機(jī)配套水泵耗電要多于電驅(qū)動(dòng)方式空壓機(jī)配套水泵。因此，采用電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于蒸汽驅(qū)動(dòng)方式。

2.3 安全穩(wěn)定性比較

蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組事故率較高，從鍋爐到汽輪機(jī)線上的設(shè)備很多，如鍋爐、除氧、排污設(shè)備、化學(xué)水處理設(shè)備、循環(huán)水設(shè)備等，系統(tǒng)復(fù)雜，因此蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組的事故點(diǎn)要多得多，任何一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)事故，就有可能造成空壓機(jī)停機(jī)，從而影響空壓機(jī)正常供氣，而電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)線上的設(shè)備少，因此事故率低。

蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組由于輔助設(shè)備多，設(shè)備出現(xiàn)故障的概率增加、泄漏率增大，崗位人員的維修量大;而電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)輔助設(shè)備少、故障率低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單緊湊，不存在跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，崗位人員的運(yùn)行維護(hù)量少。

蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組受機(jī)組輔助設(shè)備多和鍋爐蒸汽參數(shù)復(fù)雜等的影響，設(shè)備運(yùn)行可能產(chǎn)生波動(dòng)或故障，調(diào)整操作相對(duì)復(fù)雜，易造成供氣不穩(wěn)定;電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)輔助設(shè)備少，保護(hù)系統(tǒng)完善，機(jī)組運(yùn)行工況平穩(wěn)，運(yùn)行參數(shù)穩(wěn)定，調(diào)整操作簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確。

可見(jiàn)，電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性?xún)?yōu)于蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組，安全性能也好于蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組。

2.4 結(jié)論

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全3個(gè)方面比較空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，在無(wú)多余閑置蒸汽的情況下，電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)方案的各方面都優(yōu)于蒸汽驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)組方案，因此采用電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)方案。

3 空壓站配置技術(shù)方案比較

建設(shè)規(guī)模為1座2 000 Nm3/min空壓站，考慮到用戶(hù)壓縮空氣大流量、排氣量穩(wěn)定等特點(diǎn)，考慮以下2種技術(shù)方案。方案一：采用5臺(tái)500 Nm3/min、壓力為0.5 MPa（G）的整體組裝式離心壓縮機(jī)組，4用1備。方案二：采用7臺(tái)350 Nm3/min、壓力為0.5 MPa（G）的整體組裝式離心壓縮機(jī)組，6用1備。

3.1 經(jīng)濟(jì)可行性比較

采用方案一的工程投資為3 150萬(wàn)元;采用方案二的工程投資為2 700萬(wàn)元，采用方案二的投資更少。在運(yùn)行費(fèi)用方面，兩個(gè)方案的運(yùn)行費(fèi)用大體相當(dāng)，因此方案二的7×350 Nm3/min空壓機(jī)工藝方案的內(nèi)部收益率更好。

3.2 安全穩(wěn)定性比較

產(chǎn)業(yè)園壓縮空氣用戶(hù)流量使用制度為早上6點(diǎn)～下午5點(diǎn)，流量為1 680 Nm3/min（穩(wěn)定）+100 Nm3/min（間斷）;下午5點(diǎn)～早上6點(diǎn)（晚間），流量為1 890 Nm3/min（穩(wěn)定）+100 Nm3/min（間斷）。采用7×350 Nm3/min空壓機(jī)工藝方案，早上6點(diǎn)～下午5點(diǎn)，可采用5用2備方式運(yùn)行;下午5點(diǎn)～早上6點(diǎn)（晚間），采用6用1備方式運(yùn)行。而采用方案一，全天均采用4用1備方式運(yùn)行。可見(jiàn)，采用方案二，設(shè)備運(yùn)行調(diào)節(jié)更加靈活，全天均保持最高效率區(qū)間運(yùn)行。

350 Nm3/min空壓機(jī)和500 Nm3/min空壓機(jī)都屬于成熟機(jī)型，運(yùn)行安全性相當(dāng)。

從經(jīng)濟(jì)、安全等方面比較空壓站配置方案，采用方案二優(yōu)于方案一。

因此，我們采用7×350 Nm3/min空壓機(jī)工藝方案（方案二）。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）采用集中空壓站為工業(yè)園區(qū)氣用戶(hù)進(jìn)行集中供氣，與分散供氣相比，具有供氣效率高、布置緊湊、占地小等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、供氣質(zhì)量高等綜合效益，是提高能源綜合利用效率的重要手段，符合國(guó)家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

（2）本文通過(guò)對(duì)機(jī)型、驅(qū)動(dòng)方式等的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析比較，確定集中空壓站采用電動(dòng)離心空壓機(jī)方式。

（3）本文通過(guò)對(duì)用戶(hù)用氣制度、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，確定集中空壓站采用7×350 Nm3/min空壓機(jī)工藝方案。

（4）在新建工業(yè)園區(qū)集中空壓站項(xiàng)目時(shí)，建議綜合分析確定空壓站方案。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組.壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2]馬光宇，蔡九菊，謝國(guó)威.不同驅(qū)動(dòng)方式的高爐鼓風(fēng)機(jī)性能分析[J].冶金能源，2012（3）.

[3]韓晰宇，馬慶濤.高爐鼓風(fēng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)方式的能耗及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行綜合分析[J].通用機(jī)械，2014（10）.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]