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发酵用空压机组设计选型的五个问题发布日期：2011-01-12来源：发酵工业网作者：发酵网浏览次数：904发酵用空压机组设计选型的五个问题1前言随着市场经济的发展,国外先进成套的发酵用的电力拖动离心式空压机组,被越来越多的企业所选用。根据近几年的工程实践和竞争性国际招标采购技术文件的编写,积累了一些经验和教训,现整理出来供借鉴和参考。2比耗功率2.1比耗功率的定义:压缩机输入的轴功率和每分钟容积流量的比值。由定义可知,比耗功率代表了机组的耗能水平,可在实际应用中因为情况复杂,把握起来有一定的难度。2.2压缩机的轴功率2.2.1压缩机的轴功率,因压缩机的结构不同,计入的损耗是不同的。有以下几种情况:2.2.2国产E1系列机型,主机由主电机+联轴器+齿轮增速器+联轴器+压缩机构成。2.2.3进口机组,主机由主电机+联轴器+齿轮增速器+压缩机构成。2.2.4压缩机输入的轴功率,没有计入主电机的效率,没有计入主电机输出轴端的联轴器损耗。是否计入齿轮增速器和齿轮增速器输出轴端的联轴器损耗,由结构因素确定。2.2.5显然,压缩机的轴功率,不能完全表征整机的耗能水平。2.3容积流量2.3.1技术规范提供了3种容积流量的定义。2.3.1.1进口容积流量(m3/min):压缩机进口法兰处的压力、温度、可压缩性、湿度和气体组份等吸入条件下确定的流量。2.3.1.2实际容积流量(m3/min):在任意给定截面上的温度、压力等条件确定的状态时的流量。由于该术语是描述许多位置处的流量,因此实际容积流量不能与进口容积流量互换使用。2.3.1.3标准容积流量[m3/min(N)]:将任意截面测定的压力换算到0.1014MPa(A),温度换算到15.56℃及压缩性系数为1.0的干气状态下所对应的容积流量。在计量单位中:A-代表绝压;N-代表标准状态。2.3.2实际标注的容积流量2.3.2.1压力、温度、湿度和测试的位置,对容积流量都有影响,不给定条件,得到的报价书中的数据,难以进行比较和评定。2.3.2.2温度(1)折标温度。当给定条件,要求按标准容积流量报价时,遇到的问题是,国内外执行的标准不一样,工程定义的标准温度值亦不一样。采用的值有:0℃;15.56℃;20℃;25℃多达4个值之多。宜按物理学定义的标准温度即0℃来折标。这个值,需要明确写进招标文件中。(2)进口温度,宜按当地最热旬的日最高气温的平均值给定。2.3.2.3压力(1)折标压力,给定要求后,没有出现异议。(2)进口压力,宜按当地夏季大气压力减去2倍常规进口净化器组的终阻力之和给定。实测压缩机进口导叶前的负压值在10KPa左右。2.3.2.4相对湿度可取买方当地最热旬或最湿旬气象资料两者中,绝对湿含量较大者数据。2.3.2.5测量位置(1)在进气口测流量,由于管径粗和现场条件的限制,计量仪表要求的直管段无法满足要求,对应的计量精度亦无法保证。(2)在排气口测流量。当机组成套有后冷却器时,可在后冷却器的出口,满足计量直管段要求的位置测量。(3)建议在后冷却器出口直管段处测量,排气的压力、温度和流量,这一点需要明确写进招标文件中。在这个位置测得的流量,计入了排放凝结水的流量损失.测得的压力已计入了后冷却器的压头损失。2.4工程实例2.4.1初步报价中的问题在初步报价中,压缩机的轴功率离散区间在1600-2100kW机组价格也相差很大,汇总的数据无法进行比较和评估。发现的问题,在前面已作了评述。2.4.2实际的国际采购招标文件中给定的数据和要求。2.4.2.1给定的数据(1)空气;(2)大气压力:0.09592MPa(A);(3)进气压力:≤0.09530MPa(A)(过滤器之后);(4)进气温度:36℃;(5)相对湿度:80%;(6)标准容积流量:550Nm3/min(1个标准大气压,0℃,干空气,在后冷却器出口测量);(7)排气压力:0.35MPa(A)(后冷却器出口);(8)排气温度:≤36℃(冷却进水温度28℃,污垢系数水侧≥0.35m2·K/kW,后冷却器出口);(9)入口流量:⋯m3/min(数据由投标方提供);(10)压缩机轴功率:⋯kW(数据由投标方提供);(11)比耗功率3.6:⋯kW/Nm3/min(数据由投标方提供)。2.4.2.2基本要求考虑等温压缩的效率和较宽的稳定操作的工况范围,要求二级压缩,带中间冷却器的机组。2.4.3报价书数据报价书数据见表1:2.4.4小结2.4.4.1从投标方数据汇总表,可知国产设备和国外设备在耗能水平上存在较大差距,这是外国公司能够挤占该市场的主要原因。2.4.4.2比耗功率,当恰当的给定参数后,可以得到合用的数据。2.4.4.3应当指出,在合同技术附件中,尚需明确在制造商试车台和用户现场验证确认的细节规定,这些规定将作为商务合同付款条件的组成部分。3自控执行机构的选型3.1国内用户的调研情况3.1.12002年前后,走访调研了五家用户,自控执行机构国内外制造商都是选配的气动执行机构。3.1.2气动执行机构总的说来,使用情况用户满意。当仪表气源净化和压力露点值符合规范要求时,气动执行机构本身一般很少出问题。3.1.3仪表气源3.1.3.1建设有仪表气源空压站的用户,仪表气源的质量和可靠性,可以保证。3.1.3.2单独给主机成套建设的仪表气源,可靠性不够。这主要是主机采用的标准,国内《JB/T6443》离心压缩机等效采用美国石油学会标准《API617》都规定:“本标准所述压缩机及辅助设备,其设计和构成应确保其使用寿命至少为20年;不间断地运行时间至少为3年。这是一条公认的设计准则。”仪表气源的空压机和干燥净化装置,都没有这样苛刻的要求,可靠性不能满足要求,也就顺理成章了。3.1电动执行机构3.2.1本文所述工程实例,用户没有仪表气源空压站,主机若选配气动执行机构,必须专门配套建设仪表气源系统。3.2.2基于下述考虑,舍弃选配气动执行机构。3.2.2.1专门给主机配套的仪表气源系统,可靠性不高。3.2.2.2仪表气源系统的建设空间,受到现场条件的限制,不好合理解决。3.2.2.3增加建设投资,建设单位有困难。3.2.2.4考虑仪表气源的运行,管理和维修问题,建设单位亦要求在保证可靠性的前提下,可考虑电动执行机构。3.2.3电动执行机构的使用情况3.2.3.1电动执行机构主机成套了3个,用途为:DN800,电动入口导叶1个,恒压调节容积流量。DN300,电动蝶阀1个,喘振保护用。DN125,电动调节阀1个,喘振调节用。3.2.3.2经过一年多的运行实践,电动执行机构至今没有出过问题。3.2.3.3主机成套的电动执行机构,其满足要求的可靠性和可以简化系统复杂程度的作用,应可以给与初步的确认。4控制双电源的不停机切换4.1实际运行的故障情况4.1.1高压电控高压电控甚少出现问题,停机原因大部分是外部电网电压波动,导致主电机失压保护动作而停机。4.1.2控制电源低压控制电源,因各种原因导致的故障,要远远大于高压电控。为了减少故障停机的频次,对老机组都进行了控制双电源自动切换的改造。4.2合同技术附件的条款“控制系统有双电源自动切换装置。买方保证任何时候有至少一路电源。”买方提出对此条款要加上“具备不停机切换”的字样,卖方认为:停机切换就不需要此装置了,含义很清楚。最终没有修改条款。4.3调试中出现的问题对运行中的机组进行控制双电源的自动切换确认时,出现了可以自动进行切换,但自动切换的过程中,运行中的机组就会因控制电源的瞬间失电而保护停机。4.4问题的争议和解决4.4.1开始外籍调试工程师认为,合同技术附件条款中,并没有不停机切换的要求。最终问题还是按买方的要求获得了解决。4.4.2双方在执行合同条款的过程中,难免出现问题,而一旦出现问题,就要抠合同条款的字眼,此教训的意义在合同条款中:“不停机”三个字不能省略。4.4.3老机组没有微机自控,使用的不停机控制双电源切换装置,允许瞬间失电,而新机组成套有全自动的微机自动控制系统,不允许控制电源的瞬间失电,为解决切换控制电源过程中的瞬间失电问题,增加了在线式的UPS,问题获得了简单而有效的圆满解决。5喘振保护和喘振调节5.1对特性曲线的基本要求能量头一流量特性曲线从额定点至预计的喘振点之间应连续上升。当流量大于报价书预定喘振流量10%以上的任何流量下,在不开启旁通管路时,压缩机应能连续工作。5.2手动机组保护5.2.1老机组自控程度低,调控靠手动和经验,可以认为只有喘振保护而不具有喘振调节功能。5.2.2没有喘振调节功能,抗生素生产系统在开或停车的过程中,大量压缩空气被旁通放空,造成浪费和环境噪声污染。不过多年的运行实践表明,手动调控虽然不经济,但却是安全的。5.3喘振保护的自控5.3.1有各种各样的喘振防护系统,可根据要求作出选择。通常以下功能都应实现:5.3.1.1用PLC控制喘振线,避免喘振。5.3.1.2如果喘振发生,关闭压缩机。5.3.1.3喘振控制基本参数有:排放压力梯高太高;排放压力线太高;主电机负载电流太小。5.3.2工程特例5.3.2.1有一个扩建工程选用了1台进口自动化程度较高的单级压缩机组,调试完成交付生产后,经常停机。调出单板机故障停机记录,第一个停机原因是排气温度超过220℃限值,机组保护动作停机。5.3.2.2经反复排查,喘振保护信号取自主电机的负载电流,调试时主电机的电压为5.8kV,而这家工厂的6kV电压高时可达6.6kV。造成电压不稳的原因有两个:一是公网电压波动的影响,其影响不超过额定值的5%;二是工厂主变负载大小变化的影响。当机组稳定运行的时候,由于工厂电网电压的升高,机组的工况虽然没有发生变化,但主电机的负载电流却减少而逼近了设定的最小负载电流值,单板机检测到设定的主电机的最小负载电流值后,作为喘振信号发出指令,机组立即进入卸载工况,即进气阀节流,旁通阀打开放空,在20分钟的时间里排气温度由165℃升至200℃报警限,直至220℃停车限,而保护停机。5.3.2.3还有一个因素,这台机器出口后冷却器之前的最高排气压力为0.20MPa(G),当和其它机组并联运行时,进口气动蝶阀的开度只有50%即45°,全开为90°。机组不能满载运行,主电机的负载电流上不去,更是加剧了喘振保护误动作发生的频次。5.4工程特例讨论5.4.1洽商解决没有结果,原因很简单,电压不稳是用户自己的事,当然要用户自己解决电压不稳定的问题了。要电压适应机组的要求,用户做不到,而卖方认为自己没有责任,形成了令双方尴尬的局面。5.4.2国内各地区供电的质量和保证程度不同。有一点是共性的,那就是工厂企业目前只能受制于处于垄断地位的供电系统,基于这一点,可以认为单因素的喘振保护机理,不适合国情,至少是不完善的。5.4.3解决这个问题的原则是事前防范。即在招标文件中,明确写入供电条件和电压变化幅度和范围,要求机组具有在给定电压范围内稳定运行的特性。当没有实践的数据时,可按6kW+10%或10kV+10%给定。5.4.4说这种情况是特例,是未见还有相关报道。这种电压偏高的情况在抗生素生产系统刚开车时,比较明显,这是因为公用动力系统虽然已投运,但处在轻微负荷状态,空压系统亦只有1台机组在微负荷状态运行。这是对工厂自备高压变配电系统而言的,如果高压直接取自公网,那么电压的高低自然由公网的供电质量所决定了。5.5喘振保护和喘振调节5.5.1问题的由来在竞标和合同谈判签订中,还有在此前的技术交流会上,买方认为喘振保护中就包含了喘振调节的功能。在执行合同中的深层次的交流中,当买方明确要求机组具有供出的流量从0→额定值的110%(欠压运行),都具有优化的节能调节性能时,双方对术语和概念的理解产生了偏差。5.5.2卖方的看法5.5.2.1卖方认为,喘振保护和喘振调节是两个概念,喘振保护虽然也具有一定的喘振调节功能,但主要的功能是保护机组的安全。5.5.2.2技术是成熟的可以满足买方的要求,不过要另计费用。卖方的合同价款,满足招标文件和合同技术附件的要求。5.5.3喘振保护和喘振调节的配置框图5.5.3.1喘振保护