壓縮空氣集中智能化供氣改造，為更好、更科學(xué)地完成空壓氣改造方案, 本文通過(guò)對(duì)三鋼原有空壓站的實(shí)際排氣量進(jìn)行合理分析, 求得集中供氣空壓站的設(shè)計(jì)容積流量, 并計(jì)算空壓機(jī)必須的排氣壓力, 以便于集中智能化供氣改造的設(shè)備選型和方案設(shè)計(jì)優(yōu)化。目前, 三鋼各單位在用的空壓站共有14座, 站內(nèi)共安裝空壓機(jī)組63臺(tái)。除2臺(tái)離心式空壓機(jī)外, 其余61臺(tái)空壓機(jī)均為噴油螺桿式空壓機(jī), 且多為上等壓縮。由于使用年限較長(zhǎng), 大多數(shù)螺桿式空壓機(jī)存在制氣效率低、能耗高、油耗高、廢油處理難等問(wèn)題。因此, 需要對(duì)空壓氣進(jìn)行集中智能化供氣改造。

1.改造方案

(1) 采用分區(qū)域集中聯(lián)網(wǎng)供氣。在用氣相對(duì)集中的幾個(gè)區(qū)域, 通過(guò)改造或新建2～3個(gè)集中供氣點(diǎn), 并用離心式空壓機(jī)替代螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行制氣供用戶使用。每個(gè)集中供氣點(diǎn)用管路相互聯(lián)網(wǎng), 實(shí)現(xiàn)相互補(bǔ)氣。
(2) 采用智能化控制供氣。建設(shè)一套無(wú)人值守的空壓機(jī)供氣管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際用氣情況自動(dòng)控制機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量和狀態(tài);實(shí)現(xiàn)每個(gè)供氣點(diǎn)內(nèi)用氣量能夠自動(dòng)調(diào)節(jié), 各供氣點(diǎn)之間用氣量能夠自動(dòng)調(diào)配;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)到供氣管網(wǎng)中的泄漏情況, 并且能準(zhǔn)確的把泄漏位置鎖定在很小的范圍內(nèi), 提示用戶進(jìn)行維修。
2.供氣的設(shè)計(jì)容積流量計(jì)算

由于空壓站數(shù)量較多, 且每個(gè)空壓站內(nèi)空壓機(jī)的數(shù)量、型號(hào)以及使用年限的不同, 本文因篇幅限制無(wú)法對(duì)每個(gè)空壓站以及站內(nèi)每臺(tái)空壓機(jī)的容積流量進(jìn)行具體分析。因此, 只選取其中的一個(gè)空壓站進(jìn)行分析, 該空壓站內(nèi)的空壓機(jī)配置及部分運(yùn)行參數(shù)詳見(jiàn)表1。
(1) 采用ASME空壓機(jī)流量測(cè)試方法進(jìn)行實(shí)測(cè)計(jì)算
選取該空壓站的1#空壓機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè), 并計(jì)算該空壓機(jī)滿載時(shí)在不同工作壓力下的實(shí)際容積流量, 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2。
查文獻(xiàn)[1]可得公式:

式中:Q-壓縮機(jī)容積流量, 單位為m3/min;
C-噴嘴系數(shù), 按圖1的規(guī)定中表3中選取;
d-噴嘴直徑, 單位為m;
T0-吸氣溫度, 單位為K;
H-水柱高, 單位為m;

表1 空壓機(jī)配置及部分運(yùn)行參數(shù)

表2 空壓機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

ρ-水的密度, 單位為kg/m3
g-重力加速度, 單位為m/s2;
T1-噴嘴前溫度, 單位為K;
Pb-試驗(yàn)處大氣壓力, 單位為Pa;
查圖1可得特性線E, 并從表3可知噴嘴系數(shù)為0.995, 將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式[1]可得:排氣壓力為0.75MPa時(shí), 實(shí)際容積流量為39.05m3/min;排氣壓力為0.7MPa時(shí), 實(shí)際容積流量為38.98m3/min;排氣壓力為0.65MPa時(shí), 實(shí)際容積流量為39m3/min。由上可知, 容積式空壓機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下, 產(chǎn)生不同壓力的實(shí)測(cè)容積流量變化很小, 因此1#空壓機(jī)的實(shí)測(cè)容積流量為39m3/min。
（2）該空壓站設(shè)計(jì)容積流量的計(jì)算
由于該空壓站內(nèi)的3臺(tái)空壓機(jī)屬于同一品牌的同一型號(hào)產(chǎn)品, 且使用年限相同, 因此另外2臺(tái)空壓機(jī)滿載時(shí)的實(shí)際容積流量均可視為39m3/min。查表1可知, 該空壓站的3臺(tái)空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí), 不是每臺(tái)空壓機(jī)都一直處于加載狀態(tài), 因此可根據(jù)加載率計(jì)算每臺(tái)空壓機(jī)本次運(yùn)行時(shí)的實(shí)際平均容積流量。

式中:Q1-實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的平均容積流量, 單位為m3/min;
T加-本次運(yùn)行總加載時(shí)間, 單位為h;
T總-本次運(yùn)行總運(yùn)行時(shí)間, 單位為h;
將表1的每臺(tái)空壓機(jī)的本次運(yùn)行總負(fù)載時(shí)間和總運(yùn)行時(shí)間代入公式 (2) 可得:1#空壓機(jī)在本次運(yùn)行時(shí)的實(shí)際平均容積流量為31.2m3/min, 2#空壓機(jī)在本次運(yùn)行時(shí)的實(shí)際平均容積流量為17.9m3/min, 3#空壓機(jī)在本次運(yùn)行時(shí)的實(shí)際平均容積流量為39m3/min。

由上可知, 該空壓站3臺(tái)空壓機(jī)在本次運(yùn)行時(shí)的實(shí)際總?cè)莘e流量為88.1m3/min。
查文獻(xiàn) (2) 可得公式:

式中:Q2-設(shè)計(jì)容積流量, 單位為m3/min;
∑Q0-空壓機(jī)的實(shí)測(cè)平均容積流量總和, 單位為m3/min;
K-消耗量不平衡 (*大) 系數(shù), 取1.2～1.4;
ψ1-管道漏損系數(shù)。當(dāng)管道全長(zhǎng)小于1km時(shí), 取0.1;
ψ2-未預(yù)見(jiàn)的消耗量系數(shù), 取0.1;
根據(jù)公式 (3) 可知, 采用集中供氣后, 新的供氣點(diǎn)向該空壓站的用氣點(diǎn)提供的設(shè)計(jì)容積流量:88.1×1.2× (1+0.1+0.1) =126.8m3/min。
由此, 采用以上方法可以逐個(gè)計(jì)算出每個(gè)空壓站的設(shè)計(jì)容量并計(jì)算出所有空壓站的合計(jì)設(shè)計(jì)容積流量。經(jīng)過(guò)計(jì)算, 本次改造所有空壓站的合計(jì)設(shè)計(jì)容積流量為2192m3/min。

3.排氣壓力的確定

(1) 估算空壓機(jī)必須的排氣壓力
空壓機(jī)的出口壓力應(yīng)根據(jù)用戶對(duì)壓縮空氣的壓力要求和管道阻力損失進(jìn)行計(jì)算。新的集中供氣點(diǎn)到*遠(yuǎn)用戶的距離約860m, 且要求*大的工作壓力為0.72MPa, 也是整個(gè)管網(wǎng)*大的額定工作壓力。
PS-用戶要求的*大供氣壓力, 單位為MPa;
△H1-直線管道阻力損失, 單位為MPa;
△H2-管道局部阻力損失, 單位為MPa;
根據(jù)輸送至*遠(yuǎn)用戶的管徑φ325×8和所需的流量330m3/min, 查文獻(xiàn)[2]表9-6可知每公里直線管道阻力損失為0.0273MPa。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推薦, 局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度與直線長(zhǎng)度的比值按0.15進(jìn)行估算, 則根據(jù)計(jì)算公式[4]可知離心機(jī)排氣壓力為:P=0.72+0.86× (1+0.15) ×0.0273=0.75MPa

因此選型時(shí), 離心式空壓機(jī)的排氣壓力選擇0.8MPa。
(2) 驗(yàn)算管道壓力損失
查文獻(xiàn)[3]可得空壓氣在鋼管中流動(dòng)的壓降計(jì)算公式:

式中:△P-壓力降, 單位:MPa;
q-容積流量, 單位為m3/min;
d-管子內(nèi)徑, 單位為mm;
L-管子長(zhǎng)度, 單位為m;
p-排氣壓力 (絕壓) , 單位為MPa;
根據(jù)計(jì)算公式 (5) 可知新供氣點(diǎn)到*遠(yuǎn)用戶的管道壓力損失為:

則*遠(yuǎn)的管道壓力為:0.8MPa-0.0175MPa=0.7825MPa>0.72MPa, 故離心式空壓機(jī)的排氣壓力選擇滿足使用要求。
4.結(jié)論

通過(guò)空壓氣集中智能化供氣改造后, 整個(gè)空壓氣供氣系統(tǒng)得到極大提升, 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1) 有效提升空壓氣的品質(zhì), 空壓氣無(wú)油, 延長(zhǎng)后處理設(shè)備的維護(hù)時(shí)間, 提高用氣設(shè)備的使用壽命。
(2) 降低能耗, 產(chǎn)生節(jié)電效益。原有機(jī)組平均每生產(chǎn)1 m3空壓氣的電費(fèi)成本需要0.063元, 改造后平均每生產(chǎn)1 m3空壓氣的電費(fèi)成本需要0.054元, 預(yù)計(jì)每年至少可節(jié)約電費(fèi)成本1037萬(wàn)元。
(3) 降低維護(hù)成本, 減少?gòu)U油污染, 帶來(lái)良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
(4) 減少崗位操作人員、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守, 減少空壓站數(shù)量及其占地面積。