工业园集中空压站选型设计

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　　【摘 要】采用集中空压站为工业园区中气用户进行集中供气，设备运行维护集中，占地小，可增强工业园区竞争力。文章通过对空压机机型、驱动方式的技术性、经济性进行比较，确认选择电动离心空压机方案，并进一步通过对空压机配置技术方案的技术性、经济性进行比较后，确认了最适合工业园的集中空压站的建设方案。
　　【关键词】空压机;选型;驱动方式
　　【中图分类号】TH45;TF089 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）03-0057-02
　　0 前言
　　 某工业园区有很多家企业对压缩空气需求巨大，为了加强园区的统一管理，提升园区综合竞争力，由园区内电厂新建集中空压站给各企业供气，既响应了国家节能减排政策，实施能源综合利用，又避免了园区企业各自建设或维护空压机站，还获得了不错的投资回报，可谓一举多得。
　　 采用集中空压站为园区气用户进行集中供气，与分散供气相比，具有供气效率高、布置紧凑、占地小等优势，还具有节约能源、改善环境、提高供气质量等综合效益，是提高能源综合利用效率的重要手段，符合国家建设资源节约型、环境友好型社会和可持续发展战略。
　　 采用集中空压机站代替分散供气，设备的运行和维护相对集中，可以有效地减少人力和物力，降低运行维护成本，提高企业综合竞争力。此外，采用集中供气也符合工业园区的整体规划，为园区后续发展提供供气保证。
　　 通过对工业园区内企业用气负荷进行统计，集中空压站负荷为2 000 Nm3/min，供气压力为0.5 MPa（G）。
　　1 机型比较
　　 近年来，在我国的石化、制药、钢铁等行业中，离心空压机和螺杆式空压机的应用日益广泛，而活塞式空压机除了应用在特殊场合外，已经逐渐被螺杆式空压机取代。因此，本文仅对比分析离心式空压机与螺杆式空压机。
　　 螺杆式空压机的操作与维护方便，适应性强，具有小尺寸、大流量的优点;但运转噪声高，功耗相对稍高，维护成本较高;适合流量一般不大于60 Nm3/min、中高压力的场合。
　　 离心式空气压缩机结构紧凑，体积小，重量轻，排气量大，排气均匀，气流无脉冲，排气量稳定，效率高，节能;零部件少，易损件少，维修量少，运转周期长，可靠性极高;适合大中流量、中低压力的场合。但是，当用气量需求的波动超出离心式压缩机额定排气量的30%时，离心式压缩机就可能发生喘振。
　　 目前，常用的螺杆式空压机单台流量不超过60 Nm3/min，最大流量为80 Nm3/min。根据《压缩空气站设计规范》（GB 50029—2014），新建空压站的螺杆式空压机台数以3～6台为宜，如果空压机台数过多，则对其维护管理不便，建筑面积也会增加;而本工程集中空压站负荷为2 000 Nm3/min，需要选用25台80 Nm3/min螺杆式空压机（未考虑备机），因此选择螺杆式空压机是不适宜的。由于本工程用气需求量大，集中空压站适宜装设大容量离心式无油压缩机。
　　2 驱动方式比较
　　 目前，空气压缩机组驱动方式一般为电动机驱动，少量采用汽轮機驱动方式。
　　2.1 技术可行性比较
　　 电机驱动空压机系统简单，辅助设备少，操作简单，启动过程时间短，速度快;而蒸汽驱动空压机系统复杂，辅助设备多，暖机时间长，其启动时间比电动机组长。电机驱动和汽轮机驱动优、缺点对比表见表1。
　　2.2 经济可行性比较
　　 1.6 MPa·a/350 ℃蒸汽驱动空压机组，流量为500 Nm3/min，价格约1 000万元，而采用电驱动的同容量空压机组约500万元，基本上电驱动空压机组设备费是蒸汽驱动空压机组的一半，而且蒸汽驱动空压机组比电驱动空压机组耗水多，循环冷却水量也大得多，蒸汽驱动空压机组所需循环水泵的配置比电驱动方案的高。因此，从初期投资来看，电驱动空压机方案优势明显。
　　 2 000 Nm3/min空压站总功率约9 600 kW，采用电驱动方式，按电价0.398 1元/kW·h考虑，运行费用约3 821元/h;采用蒸汽驱动方式，需要蒸汽约48 t/h，按蒸汽汽价200元/t考虑，运行费用约9 600元/h。以上尚未考虑循环水泵耗电，而且蒸汽驱动方式空压机配套水泵耗电要多于电驱动方式空压机配套水泵。因此，采用电驱动空压机运行费用远低于蒸汽驱动方式。
　　2.3 安全稳定性比较
　　 蒸汽驱动空压机组事故率较高，从锅炉到汽轮机线上的设备很多，如锅炉、除氧、排污设备、化学水处理设备、循环水设备等，系统复杂，因此蒸汽驱动空压机组的事故点要多得多，任何一个设备出现事故，就有可能造成空压机停机，从而影响空压机正常供气，而电驱动空压机线上的设备少，因此事故率低。
　　 蒸汽驱动空压机组由于辅助设备多，设备出现故障的概率增加、泄漏率增大，岗位人员的维修量大;而电驱动空压机辅助设备少、故障率低、系统简单紧凑，不存在跑、冒、滴、漏现象，岗位人员的运行维护量少。
　　 蒸汽驱动空压机组受机组辅助设备多和锅炉蒸汽参数复杂等的影响，设备运行可能产生波动或故障，调整操作相对复杂，易造成供气不稳定;电驱动空压机辅助设备少，保护系统完善，机组运行工况平稳，运行参数稳定，调整操作简单、快捷、准确。
　　 可见，电驱动空压机的运行稳定性优于蒸汽驱动空压机组，安全性能也好于蒸汽驱动空压机组。
　　2.4 结论
　　 从技术、经济、安全3个方面比较空压机驱动方案，在无多余闲置蒸汽的情况下，电驱动空压机方案的各方面都优于蒸汽驱动空压机组方案，因此采用电驱动空压机方案。
　　3 空压站配置技术方案比较
　　 建设规模为1座2 000 Nm3/min空压站，考虑到用户压缩空气大流量、排气量稳定等特点，考虑以下2种技术方案。方案一：采用5台500 Nm3/min、压力为0.5 MPa（G）的整体组装式离心压缩机组，4用1备。方案二：采用7台350 Nm3/min、压力为0.5 MPa（G）的整体组装式离心压缩机组，6用1备。 　　3.1 经济可行性比较
　　 采用方案一的工程投资为3 150万元;采用方案二的工程投资为2 700万元，采用方案二的投资更少。在运行费用方面，两个方案的运行费用大体相当，因此方案二的7×350 Nm3/min空压机工艺方案的内部收益率更好。
　　3.2 安全稳定性比较
　　 产业园压缩空气用户流量使用制度为早上6点～下午5点，流量为1 680 Nm3/min（稳定）+100 Nm3/min（间断）;下午5点～早上6点（晚间），流量为1 890 Nm3/min（稳定）+100 Nm3/min（间断）。采用7×350 Nm3/min空压机工艺方案，早上6点～下午5点，可采用5用2备方式运行;下午5点～早上6点（晚间），采用6用1备方式运行。而采用方案一，全天均采用4用1备方式运行。可见，采用方案二，设备运行调节更加灵活，全天均保持最高效率区间运行。
　　 350 Nm3/min空压机和500 Nm3/min空压机都属于成熟机型，运行安全性相当。
　　 从经济、安全等方面比较空压站配置方案，采用方案二优于方案一。
　　 因此，我们采用7×350 Nm3/min空压机工艺方案（方案二）。
　　4 結语
　　（1）采用集中空压站为工业园区气用户进行集中供气，与分散供气相比，具有供气效率高、布置紧凑、占地小等优势，同时具有节约能源、改善环境、供气质量高等综合效益，是提高能源综合利用效率的重要手段，符合国家建设资源节约型、环境友好型社会和可持续发展战略。
　　（2）本文通过对机型、驱动方式等的技术性、经济性进行分析比较，确定集中空压站采用电动离心空压机方式。
　　（3）本文通过对用户用气制度、技术性、经济性进行分析，确定集中空压站采用7×350 Nm3/min空压机工艺方案。
　　（4）在新建工业园区集中空压站项目时，建议综合分析确定空压站方案。
　　参 考 文 献
　　[1]《压缩空气站设计手册》编写组.压缩空气站设计手册[M].北京：机械工业出版社，1993.
　　[2]马光宇，蔡九菊，谢国威.不同驱动方式的高炉鼓风机性能分析[J].冶金能源，2012（3）.
　　[3]韩晰宇，马庆涛.高炉鼓风机不同驱动方式的能耗及经济运行综合分析[J].通用机械，2014（10）.
　　[责任编辑：钟声贤]
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