城市储配站冷热源节能设计浅析

赵安洲

（中科路恒工程设计有限公司，山西太原 030006）

0 引言

随着我国城市燃气事业的快速发展，焦炉煤气作为一种较为清洁的能源，曾经在很多地方得到较为广泛的应用。而作为小时调峰的主要配套设施，储配站是城市焦炉煤气供应中必不可少的一环，在供气过程中发挥重要的作用[1]。焦炉煤气是焦化厂炼焦的副产品，包含较多的杂质，但是经过脱硫、脱萘、脱苯、脱水后则成为一种较为优质的燃料，具有较高的经济价值。由于产量和自身性质的影响，焦炉煤气的应用受产地的限制较大，一般只在焦化厂当地使用。来自焦化厂的焦炉煤气一般要经过压缩后才能进入城市燃气管网，但是焦炉煤气压缩后具有较高的温度，这部分热量在以往的设计过程中并没有得到重视和有效的利用，一般直接冷后排出却或随着焦炉煤气的输送而散失在土壤中，造成较大的能量浪费。有鉴于此，在灵石县城东储配站设计过程中，为有效利用压缩后焦炉煤气的高温热量、提高能源利用效率，针对本工程的实际情况，采取相应的措施，力争达到节能运行的目的，同时能够节省运行费用。

1 工程概况

随着灵石县县城的扩容和发展，根据新的县城总体规划，原城东储配站所处城东工业区已改变用地性质和规划内容。大多数居民及公福用户已停产或拆迁，取而代之的是新建体育场、居民高层小区、新建学校用地等。原城东储配站所占区域也有了新的用地规划，故需要对城东储配站进行迁移。

迁移后的新建储配站拟建3 万m3螺旋湿式气柜2 座、水封阀室、加压机房、高低压配电室、计量室、生产用房、站控室、循环水泵房、锅炉房、值班楼、消防水池、循环水池、车库、发电机房、雨污水池、门房等。工艺上压缩机出口压力为0.1MPa，设计最大总排气能力为300m3/min。

2 工程设计内容

（1）焦炉煤气工艺流程：本工程气源来自上游天星焦化厂，距新建城东储配站约600m。从焦化厂来的焦炉煤气经进气水封进入3 万m3低压湿式螺旋气柜，气柜进口压力为2.0～4.0kPa。当压缩机启动后，气柜内的焦炉煤气经出气水封到达煤气压缩机，经压缩、冷却、计量后进入城市输配管网。进出站管线应设置切断阀门和绝缘法兰[2]。

（2）压缩机房：压缩机房内共设计活塞式压缩机6 台（5 用1备），单台压缩机的额定排气量为60m3/min，排气压力不小于50kPa 且不大于100kPa，排气温度为110℃。由于压缩机出口的焦炉煤气温度较高，因此需要对压缩机出口的焦炉煤气进行冷却，每台压缩机出口配置冷却装置一套，单台冷却装置循环水耗量为6.5m3/h，冷却水供回水温差为10℃。工艺上要求冷却后的焦炉煤气温度应≤60℃。根据计算公式，单台冷却装置需要的冷负荷 Q1＝6.5×1000/3600×4.18×5＝37.7kW，因此工艺最大需冷量为37.7×5＝188.5kW。

（3）办公楼：站内有办公楼一座，办公楼夏季供冷冬季供热，过渡季节即不考虑供冷也不考虑供热，理论上以自然通风为主解决室内换气及可能存在的部分冷热负荷问题。计算夏季最大冷负荷为94.51kW，冬季供暖热负荷为49.26kW。

（4）冷却机房：本工程冷却机房设计一台直燃型吸收式冷温水机组，额定制冷量为300kW，额定制热量为390kW，额定工作压力为1.0MPa。

（5）冷却塔：由于工艺上的冷却装置的存在，加上余热的产生和实际冷热负荷的需求在时间上和空间上并不是完全匹配的，有时甚至有较大的差异，因此在冷却机房房顶上设置低噪声横流式冷却塔一台，额定冷却水量为130t/h。

3 冷热源节能设计方案

本工程夏季需要供冷的建构筑物包括压缩机房和办公楼；其中压缩机房冷却装置单台额定耗冷量为37.7kW，使用台数根据实际用压缩机开启台数而定，而压缩机开启台数则由实际用气量决定；对于办公楼，计算的最大冷负荷为94.51kW。冬季需要供冷的建构筑物主要是压缩机房，而办公建筑由耗冷变为耗热；此时则可以利用压缩机冷却装置产生的余热作为办公楼的供热低温热源。对于过渡季节，压缩机房仍然消耗冷负荷，此时办公楼既不耗冷也不耗热，可以采用自然通风解决局部的冷热负荷问题。由于办公建筑的季节能耗性质和能耗量不同，可以充分考虑利用现有能源以达到节能的目的。设计思路为：

3.1 夏季运行措施

在夏季制冷状态下，直燃型吸收式冷温水机组较大负荷运行，提供7℃的冷水，回水温度为12℃，同时满足办公楼生活用冷和压缩机房生产工艺用冷需要；冷却塔不参与系统运行。

为了达到节能和调节的目的，空调冷水系统采用一次泵变流量水系统，水平干管采用双管异程式系统，立管采用下供下回异程式系统，空调水系统采用两管制。空调系统均采用风机盘管+新风系统形式，气流组织采用侧送上回式或下送上回式。

新风机组和空调机组水管上均设置动态平衡电动调节阀，风机盘管回水管上均设置电动两通阀，同时空调冷热水供回水总管设置电动压差控制装置，使冷远侧水系统采用定流量控制。

3.2 过渡季节运行措施

过渡季节，直燃型吸收式冷温水机组停止运行，冷却塔启动运行，冷却塔进出水温度为37℃和32℃，用以满足压缩机房冷却装置所需冷却水，办公楼停止供冷供暖或供冷。

3.3 冬季运行措施

根据灵石县煤气化公司提供的数据，目前县城冬季最大气量为10 万m3/d，最小小时用气量为2400m3，因此最小情况下也需要全负荷开启两台压缩机，则此时后冷却器能够提供的热负荷为37.7kW×2400/1800＝50.3kW＞49.26kW。也就是说在冬季冷却装置所能提供的最小供热负荷也比办公楼的最大热负荷要大，因此完全能够满足办公楼的用热需求。因此，后冷却器的回水多余部分则需要进入冷却塔冷却后重新进入工艺循环。尤其是夜间，办公楼所需热负荷更少（仅值班室有人值守），则进入冷却塔的循环水更多。

冬季状态下，冷温水机组停止运行，压缩机房设计供回水温度为50℃和55℃，并将此回水一部分作为办公楼采暖系统的供水和热源，另一部分则通过冷却塔冷却后重新进入工艺循环。

（4）压缩机的变频设计。为保证压缩机及后冷却器能够在较大的工况下保持较高的效率运行，同时也为了保证系统的联合运行效果，因此，5 台运行的压缩机之中的3 台为非变频压缩机（其中1 台备用），剩余3 台压缩机为变频压缩机。在用气量较少的时候，启动非变频压缩机运行。当随着用气量的逐渐增加，再逐台启动变频压缩机。

4 运行控制

（1）冷水机组、冷水泵、冷却水泵、冷却塔风机、及其进水电动蝶阀应进行电气联锁启停，其起动顺序为冷却塔进水电动蝶阀→冷却水泵→冷水泵→冷却塔风机→冷水机组，系统停车时顺序与上述相反。

（2）冷水系统采用冷量来控制冷水机组及其对应的水泵的运行。

（3）冷却塔风机的运行台数则由冷却水回水温度控制。

（4）热水系统采用热量来控制换热器及其对应的水泵的运行台数。

（5）本工程空调水系统为一次泵变水量系统，通过冷（热）水供回水管间的电动旁通阀控制冷（热）水系统供回水总管的压差，使系统稳定。

（6）新风机、空调机组的风机、电动水阀及电动新风阀应进行电气联锁。启动顺序为水阀→电动新风阀及风机，停止时顺序相反。

（7）空调处理机组设冬季盘管防冻保护控制。

（8）风机盘管的控制由室温调节器加风机三速开关及电动两通阀组成，电动两通阀采用双位式常闭型弹簧复位。图1 为供冷供热原理图，表1 为供冷供热电动阀门季节开闭表。

表1 供冷供热电动阀门季节开闭

图1 供冷供热原理

5 结论

目前，该储配站已经完全投入运行。为检验该节能设计及控制装置在实际生产运行中的效果，后期对该工程运行进行跟踪了解；根据收集到的资料和运行单位反馈的消息，该套冷热源方案在实际运行过程中运行状况良好，能够最大限度合理利用生产过程中的余热和冷却塔的自然冷却效果，具有较好的节能效果，同时也具有一定的经济效益。