壓縮空氣集中智能化供氣改造，為更好、更科學地完成空壓氣改造方案, 本文通過對三鋼原有空壓站的實際排氣量進行合理分析, 求得集中供氣空壓站的設(shè)計容積流量, 并計算空壓機必須的排氣壓力, 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)共安裝空壓機組63臺。除2臺離心式空壓機外, 其余61臺空壓機均為噴油螺桿式空壓機, 且多為上等壓縮。由于使用年限較長, 大多數(shù)螺桿式空壓機存在制氣效率低、能耗高、油耗高、廢油處理難等問題。因此, 需要對空壓氣進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。在用氣相對集中的幾個區(qū)域, 通過改造或新建2～3個集中供氣點, 并用離心式空壓機替代螺桿式空壓機進行制氣供用戶使用。每個集中供氣點用管路相互聯(lián)網(wǎng), 實現(xiàn)相互補氣。
(2) 采用智能化控制供氣。建設(shè)一套無人值守的空壓機供氣管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng), 實現(xiàn)根據(jù)生產(chǎn)實際用氣情況自動控制機組的運行數(shù)量和狀態(tài);實現(xiàn)每個供氣點內(nèi)用氣量能夠自動調(diào)節(jié), 各供氣點之間用氣量能夠自動調(diào)配;實現(xiàn)自動監(jiān)測到供氣管網(wǎng)中的泄漏情況, 并且能準確的把泄漏位置鎖定在很小的范圍內(nèi), 提示用戶進行維修。
2.供氣的設(shè)計容積流量計算

由于空壓站數(shù)量較多, 且每個空壓站內(nèi)空壓機的數(shù)量、型號以及使用年限的不同, 本文因篇幅限制無法對每個空壓站以及站內(nèi)每臺空壓機的容積流量進行具體分析。因此, 只選取其中的一個空壓站進行分析, 該空壓站內(nèi)的空壓機配置及部分運行參數(shù)詳見表1。
(1) 采用ASME空壓機流量測試方法進行實測計算
選取該空壓站的1#空壓機進行實測, 并計算該空壓機滿載時在不同工作壓力下的實際容積流量, 實測數(shù)據(jù)詳見表2。
查文獻[1]可得公式:

式中:Q-壓縮機容積流量, 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 空壓機配置及部分運行參數(shù)

表2 空壓機實測數(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, 將實測數(shù)據(jù)代入計算公式[1]可得:排氣壓力為0.75MPa時, 實際容積流量為39.05m3/min;排氣壓力為0.7MPa時, 實際容積流量為38.98m3/min;排氣壓力為0.65MPa時, 實際容積流量為39m3/min。由上可知, 容積式空壓機在一定轉(zhuǎn)速下, 產(chǎn)生不同壓力的實測容積流量變化很小, 因此1#空壓機的實測容積流量為39m3/min。
（2）該空壓站設(shè)計容積流量的計算
由于該空壓站內(nèi)的3臺空壓機屬于同一品牌的同一型號產(chǎn)品, 且使用年限相同, 因此另外2臺空壓機滿載時的實際容積流量均可視為39m3/min。查表1可知, 該空壓站的3臺空壓機在運行時, 不是每臺空壓機都一直處于加載狀態(tài), 因此可根據(jù)加載率計算每臺空壓機本次運行時的實際平均容積流量。

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

由上可知, 該空壓站3臺空壓機在本次運行時的實際總?cè)莘e流量為88.1m3/min。
查文獻 (2) 可得公式:

式中:Q2-設(shè)計容積流量, 單位為m3/min;
∑Q0-空壓機的實測平均容積流量總和, 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)。當管道全長小于1km時, 取0.1;
ψ2-未預(yù)見的消耗量系數(shù), 取0.1;
根據(jù)公式 (3) 可知, 采用集中供氣后, 新的供氣點向該空壓站的用氣點提供的設(shè)計容積流量:88.1×1.2× (1+0.1+0.1) =126.8m3/min。
由此, 采用以上方法可以逐個計算出每個空壓站的設(shè)計容量并計算出所有空壓站的合計設(shè)計容積流量。經(jīng)過計算, 本次改造所有空壓站的合計設(shè)計容積流量為2192m3/min。

3.排氣壓力的確定

(1) 估算空壓機必須的排氣壓力
空壓機的出口壓力應(yīng)根據(jù)用戶對壓縮空氣的壓力要求和管道阻力損失進行計算。新的集中供氣點到*遠用戶的距離約860m, 且要求*大的工作壓力為0.72MPa, 也是整個管網(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*遠用戶的管徑φ325×8和所需的流量330m3/min, 查文獻[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)驗推薦, 局部阻力當量長度與直線長度的比值按0.15進行估算, 則根據(jù)計算公式[4]可知離心機排氣壓力為:P=0.72+0.86× (1+0.15) ×0.0273=0.75MPa

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

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-管子長度, 單位為m;
p-排氣壓力 (絕壓) , 單位為MPa;
根據(jù)計算公式 (5) 可知新供氣點到*遠用戶的管道壓力損失為:

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

通過空壓氣集中智能化供氣改造后, 整個空壓氣供氣系統(tǒng)得到極大提升, 主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 有效提升空壓氣的品質(zhì), 空壓氣無油, 延長后處理設(shè)備的維護時間, 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。原有機組平均每生產(chǎn)1 m3空壓氣的電費成本需要0.063元, 改造后平均每生產(chǎn)1 m3空壓氣的電費成本需要0.054元, 預(yù)計每年至少可節(jié)約電費成本1037萬元。
(3) 降低維護成本, 減少廢油污染, 帶來良好的環(huán)境效益和社會效益。
(4) 減少崗位操作人員、實現(xiàn)無人值守, 減少空壓站數(shù)量及其占地面積。