【壓縮機網(wǎng)】1 引言

 

　　一個國家的氣動技術(shù)應(yīng)用水平與其科學(xué)技術(shù)發(fā)展和自動化應(yīng)用水平相適應(yīng)。隨著我國智能化生產(chǎn)飛速發(fā)展，大型/超大型空壓站（包括工業(yè)園集中供氣、空分/空壓兩空合一、熱電聯(lián)產(chǎn)超大型空壓站）以及EPC、BOT等服務(wù)型經(jīng)營模式普及推廣，蓄能器的應(yīng)用日益受到各方重視。

 

 

　　2 蓄能器用途

 

　　在壓縮空氣能系統(tǒng)中，運用大型、中高壓儲氣容積和增壓設(shè)備，在適當(dāng)?shù)臅r機和條件下，將系統(tǒng)內(nèi)外部能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s空氣能儲存起來，當(dāng)系統(tǒng)需要時又能定時定量釋放出去，重新補償供給系統(tǒng)。例如利用其巨大儲氣容積和壓力差，為壓縮空氣系統(tǒng)提供調(diào)峰，為備用機與運行機切換以及為事故處理備用提供一定量的氣源儲備，以上3大用途在大型/超大型空壓站中顯得格外重要，如圖1。

 

 

　　采用成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品會大幅度降低蓄能器采購成本，利用電網(wǎng)差價，離心機短期放空氣等，可有效降低蓄能器運行成本。

 

　　3 蓄能器規(guī)模估算原則

 

　　目前壓縮空氣系統(tǒng)蓄能器規(guī)模的主要指標(biāo)是有效儲氣量（儲氣罐容積×壓力差）。

 

　　3.1 調(diào)峰

 

　　一般工業(yè)園用氣量均具有“三高三低”規(guī)律，（圖2、表1）除空壓機本身具有一定供氣量調(diào)節(jié)能力外，采用汽驅(qū)主供，電驅(qū)調(diào)峰，離心主供，螺桿調(diào)峰以及大小機組、多臺機組組合等配置方式，可有效削峰填谷。蓄能器則可作為補充，例如電驅(qū)空壓機可利用電網(wǎng)差價在晚上對貯能器充氣，白天高峰時釋放，熱電聯(lián)產(chǎn)空壓站由于采用了不易頻繁停機的大型汽輪機驅(qū)動離心空壓機組，可利用中餐、晚餐低谷時間段的排空氣（離心機由于喘振原因，氣量調(diào)節(jié)范圍為70%～100%，當(dāng)用氣量低于70%時，需開啟排空閥放空多余氣體），開啟增壓機對蓄能器充氣，即從0.8MPa增壓至4.0MPa或22MPa。根據(jù)資料從0.8MPa吸入增壓至4.2MPa和22MPa比從大氣吸入增壓至同樣壓力，將節(jié)省能耗3/5和1/3左右（如空壓機排氣量Q=12Nm³/min吸入大氣直接壓縮至4.0MPa，需配置132kW電機，而從0.8MPa吸入增壓至4.0MPa僅需55kW）。

 

 

　　3.2 備用機啟動

 

　　一般電驅(qū)離心空壓機啟動需5～10min，汽驅(qū)分熱啟動和冷啟動，前者需10～30min，后者需1～3h。許多有重要客戶或重要用氣設(shè)備的空壓站為避免切換機時管網(wǎng)壓力發(fā)生波動影響使用，經(jīng)常開啟一臺離心機空轉(zhuǎn)以備用。采用蓄能器則可發(fā)揮穩(wěn)壓作用，填補切換機丟失的流量，相對于離心機空轉(zhuǎn)或排空往往能耗更低，甚至可減少一組空壓機的采購。

 

　　3.3 事故備用

 

　　工業(yè)園、特別是化工園以及有連續(xù)生產(chǎn)不能斷氣用戶的工業(yè)園，必須建立能應(yīng)付突然斷汽、斷電的儲備氣源，一般多以10min為限，用氣量基數(shù)可按空壓站z*大供氣量的50%～70%計算。

 

　　4 蓄能器實施方案

 

　　立式中壓罐按HG/T3153-1985（壓力容器設(shè)計手冊P617容器的容積表與質(zhì)量表），中壓球罐按GB/T17261-2011，高壓長管采用天然氣長管拖車專用型。

 

　　以下計算依據(jù)來自2個具體案例：

 

　　A工況：Q=2500m³/min，其中汽驅(qū)700m³×3臺，電驅(qū)200m³×2臺；

 

　　B工況：Q=5000m³/min，其中汽驅(qū)1400m3×3臺，電驅(qū)200m³×4臺，供氣壓力p=0.8MPa，蓄能器壓力分為中壓4.0MPa和高壓20MPa。

 

　　4.1 調(diào)峰，見表2

 

 

　　按z*大供氣量的10%，累計供氣時間30min，管網(wǎng)z*低壓力0.5MPa，中壓立式儲氣罐：V=40/50m³，中壓球罐：V=120/200m³。

 

　　高壓長管：V=3.98m³

 

　　A工況所需氣量：

 

　　2500m³/min×10%×30min=7500m³

 

　　B工況所需氣量：

 

　　5000m³/min×10%×30min=15000m³

 

　　中壓立式儲氣罐：（中壓方案一）

 

　　A工況：

 

　　40m³×（40-5）×6個=8400m³>7500m³

 

　　B工況：

 

　　50m³×（40-5）×9個=15750m³>15000m³

 

　　中壓球罐：（中壓方案二）

 

　　A工況：

 

　　120m³×（40-5）×2個=8400m³>7500m³

 

　　B工況：

 

　　200m³×（40-5）×2個=14000m³≈15000m³

 

　　高壓管：單管容積V=3.98m³

 

　　A工況：

 

　　3.98m³×（200-5）×10根=7761m³>7500m³

 

　　B工況：

 

　　3.98m³×（200-5）×20根=15522m³>15000m³

 

　　4.2 切換

 

　　按z*大機型700m³/1400m³，時間10min

 

　　A工況所需氣量：700m³×10min=7000m³

 

　　B工況所需氣量：1400m³×10min=14000m³

 

　　需要儲氣量略小于調(diào)峰所需氣量，計算值同調(diào)峰，見4.1。

 

　　4.3 事故備用

 

　　按z*大供氣量的60%，供氣時間10min

 

　　A工況所需氣量：

 

　　2500m³×60%×10min=15000m³

 

　　B工況所需氣量：

 

　　5000m³×60%×10min=30000m³

 

　　實際計算容量為調(diào)峰容量×2，見表3。

 

 

　　從以上分析計算：調(diào)峰、切換、事故備用3項用途中事故備用所需氣量z*大，是前兩者的2倍左右。若采取分區(qū)或重點用戶現(xiàn)場設(shè)置事故備用氣源，或可大幅度減少空壓站內(nèi)事故備用氣容量。

 

　　5 空壓機選型

 

　　（1）中壓蓄能器系統(tǒng)采用PET充瓶無油增壓機A工況：進氣0.8MPa，排氣4.2MPa，開機時間4h：

 

　　排氣量Q=12m³/min×60min伊4h伊3臺=8640m³>7500m³

 

　　B工況：排氣量Q=25m³/min×60min×4h×3臺=18000m³>15000m³

 

　　（2）高壓機采用天然氣汽車加氣站用無油增壓機，進氣0.8MPa，排氣220MPa，排氣量760 Nm3/h，開機時間累計12h：

 

　　A工況所需臺數(shù)：

 

　　15000m³/760m³×12 h=1.6臺，選2臺。

 

　　B工況所需臺數(shù)：

 

　　30000m³/760m³×12h=3.2臺，選3臺。

 

 

　　6 結(jié)語

 

　　蓄能器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種能源系統(tǒng)，大型空壓站涉及多種能源的轉(zhuǎn)換和使用，但蓄能器技術(shù)和相關(guān)設(shè)備應(yīng)用甚少，亟需研究開發(fā)和應(yīng)用。

 

　　本文僅提出一些觀點和簡單計算方法，以求引起設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用各方的關(guān)注和重視。蓄能器理念深入壓縮空氣能系統(tǒng)不僅能協(xié)助解決系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和低能耗運行，還能帶動儲氣、增壓、自動化控制等技術(shù)和裝備的市場發(fā)展。