CN112628115A - 爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统及停机方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统及停机方法。本发明包括多段串联在一起的压缩机，每段压缩机之后串联油气换热器，每段所述油气换热器的导热油入口端连接冷油罐，导热油出口端连接热油罐，每段油气换热器与其后一段压缩机的连接管路上设置有空气泄放阀，每段油气换热器与其前一段压缩机连接的管路上设置有止回阀，相邻的两段压缩机与其后的油气换热器的连接管路上设置有防喘振管道，所述防喘振管道上设置有防喘振阀；每段油气换热器连接退油管路，每个退油管路上设置有快速泄油阀，所述退油管路通过退油总管连接退油罐。本发明可杜绝换热器内导热油泄漏导致爆燃的安全隐患。

Description

爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统及停机方法

技术领域

本发明涉及一种爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统及停机方法，属于能源与动力技术领域。

背景技术

非补燃压缩空气储能系统作为绿色零排放的大容量储能系统，在解决弃风、弃光问题上，具有得天独厚的优势。非补燃压缩空气储能系统一般可分为压缩储气系统、储换热系统和发电系统三大部分，其中，压缩储气系统和发电系统相对独立，而储换热系统则是与压缩储气系统和发电系统都有关联：在空气压缩时通过换热器将导热油与高温空气进行热交换，储存热能；在空气膨胀发电时给冷空气加热，释放热能。

在压缩储气时，导热油通过换热器与高压空气进行热交换，其温度将高达400℃左右，在正常情况下，一般会根据空气的最高温度选择合适的导热油的牌号，确保储换热系统的稳定运行。导热油作为石化产品，一旦与氧气接触，将被氧化分解成各种高沸物和低沸物，物性参数将发生改变。若是与空气接触的导热油达到一定数量，则需进行再生处理，去除变性的高沸物和低沸物，再生后的导热油会有部分损耗。而在再生处理前，这部分导热油不再能承受设计温度，存在燃烧、爆炸等安全风险；同时，高沸物会结焦，堆积在流道内，堵塞流道，损坏换热器。因此，应杜绝系统运行过程中空气和导热油的接触。

正常情况下，换热器在设计制造过程中，已通过选择合适的换热管的材质、壁厚、制造工艺等，充分考虑了导热油与空气换热的安全性，杜绝了两者接触的可能性。而在储能压缩系统流程设计时，也未充分考虑导热油与空气接触工况下的紧急处置措施。

如果换热器内的管侧有泄漏（简称“爆管”），造成油气混合，此时若不立即采取相应的紧急措施，一旦油气混合量积累到一定程度，大量的导热油变质报废的同时，也会给换热器带来堵塞和爆燃的风险。从安全性的角度看，虽然发生这种情况的概率极低，但是危害却极大，综合风险等级较高。因此，必须认真考虑爆管工况下紧急停车方法。

目前压缩空气储能系统压缩流程中，事故工况一般包括因系统内设备故障导致必须停机、因系统参数超限达到停机值或者因失电导致停机等，并未考虑爆管工况系统紧急停机的工况。而一般事故工况停机时，气侧压缩机组电机立即断电；防喘振阀快开，机组打回流的同时打开空气泄放阀对空排气，压缩机入口导叶调节装置关小至最小开度，随着压缩机出口压力和流量均下降至安全范围，压缩机可安全停机。在此期间，油侧的导热油泵实时匹配空气温度和流量保持变频运行，确保高温空气能得到降温，且温度保持在正常范围内。

这种停机方法存在以下缺陷：

一是一旦发生导热油泄漏，引起系统故障停机，按常规的故障停机流程，导热油系统保持联通，压缩空气系统分段打回流，停机时间较长，完成停机后已有大量空气和导热油掺混在一起，在导热油泵的作用下进入了热油罐，污染了大部分的储换热系统；

二是系统停机过程中，由于气侧对空排放，压力将逐渐降为常压，一旦气侧压力小于油侧压力，导热油将泄漏到气路中，随着压缩机打回流，进入压缩机本体及空气管道中，这将对压缩机本体造成极大的损伤，后期清理也很困难；

三是导热油和高温空气掺混，导热油分解变性，闪点降低，存在爆燃的风险。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统及停机方法，能够补全系统设计缺口；在换热器内发生导热油泄漏时，迅速应对，减少被污染的导热油量、保护压缩机主机、杜绝换热器内导热油泄漏导致爆燃的安全隐患。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，包括多段串联在一起的压缩机，每段压缩机之后串联油气换热器，每段所述油气换热器的导热油入口端连接冷油罐，导热油出口端连接热油罐，每段油气换热器与其后一段压缩机的连接管路上设置有空气泄放阀，每段油气换热器与其前一段压缩机连接的管路上设置有止回阀，相邻的两段压缩机与其后的油气换热器的连接管路上设置有防喘振管道，所述防喘振管道上设置有防喘振阀；每段油气换热器连接退油管路，每个退油管路上设置有快速泄油阀，所述退油管路通过退油总管连接退油罐。

所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，每段所述油气换热器包括一个油气换热器或者由若干个油气换热器串联而成，每个所述油气换热器的换热介质入口端和出口端分别设置有截止阀。

所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，每段压缩机入口设置有用来调节进气量的导叶调节装置。

所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，所述冷油罐与所述油气换热器的连接管路上设置有导热油泵。

上述爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统的停机方法，该方法为：

一般事故工况下，压缩机组电机立即断电；防喘振阀快开，机组打回流降低压缩机出口压力，打开各段空气泄放阀，快速卸压，每段压缩机入口导叶调节装置关小至最小开度，降低压缩机入口空气流量；随着压缩机出口压力和流量均下降至安全范围，压缩机可安全停机，在压缩机停机过程中，油侧保持流通，气侧则被隔断。

爆管工况下，系统检测到某一段油气换热器内导热油压力波动超限，进入爆管工况停机控制逻辑，此时，该段换热器的气侧防喘振阀速开，机组打回流；同时，打开该段油气换热器之后的空气泄放阀，在打回流的同时对空排气快速降压；油侧立刻切断该段油气换热器入口端和出口端的截止阀，确保此时导热油受污染的范围被控制在该段油气换热器内；同时，打开该段油气换热器的快速卸油阀，将受污染的导热油泄放至退油罐内；为了保证导热油不会流入空气中，要保持气侧压力始终大于油侧压力，将气侧压力传感器反馈的压力信号作为关闭该段油气换热器之后的空气泄放阀的控制依据：当气侧压力比油侧压力大50%左右时，关闭该段油气换热器之后的泄放阀，空气在回流管路内保压，一直到该段换热器中的导热油全部泄放完毕后，重新打开该段油气换热器之后的空气泄放阀，将多余的空气放空。

有益效果：

1、本发明提出了一种压缩空气储能系统爆管工况下紧急停机方法，增加换热器快速卸油阀和退油罐。在爆管工况下，第一时间隔离事故换热器，将换热器内导热油和空气按照一定的流程快速放空，保证了换热器和导热油的安全性。增加空气泄放阀的控制逻辑：爆管工况前期，从保护压缩机自身安全性考虑，空气泄放阀快速对空排气降压至气侧压力大于油侧压力的50%左右关闭；换热器内导热油持续泄放至退油罐中，直到换热器内导热油泄放完成，重新打开空气泄放阀；爆管工况后期，换热器中已无导热油，空气继续对空排，直至降至大气压。

2、本发明的每段换热器实际可由多个油气换热器串联组成，可通过在每一个油气换热器前后均配置截止阀，每一个油气换热器配置泄放阀并设置压力测点的方式，对发生爆管的油气换热器进行精准控制，最小程度降低爆管工况下的损失。

3、本发明的泄油阀应以尽可能快的速度排空爆管换热器中的导热油，在排放速度无法提升的情况下，可增设爆破片等紧急设施，增加卸油速度。

4、本发明始终保持换热器中的气侧压力大于油侧压力，保证了爆管工况下系统和设备的安全性。

5、本发明爆管换热器中的导热油及时泄放到退油罐中，减少了后期再生处理的工作量，降低了事故的经济损失。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例以两段串联压缩机系统布置方案为例，若系统有多段压缩机串联，每段压缩机之间布置方案类似。

如图1所示：本实施例中所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，包括1、一段压缩机；2、第一段止回阀；3、第一段换热器；4、二段压缩机；5、第二段止回阀；6、第二段换热器；7、防喘振阀；8、放空阀；9、导热油泵；10、第一段换热器入口截止阀；11、第一段换热器出口截止阀；12、第二段换热器入口截止阀；13、第二段换热器出口截止阀；14、第一段空气泄放阀；15、第一段换热器快速卸油阀；16、第二段换热器快速卸油阀。

图1中，各段压缩机入口带导叶调节装置，用来调节进气量；储换热介质为导热油。每段所述油气换热器包括一个油气换热器或者由若干个油气换热器串联而成，每个所述油气换热器的换热介质入口端和出口端分别设置有截止阀。压缩系统正常运行状态为：一段压缩机1从大气中吸入空气，压缩空气产生压缩热，高温压缩空气经第一段止回阀2后进入第一段换热器3与冷油罐流出的低温导热油换热；换热完成后，低温压缩空气进入二段压缩机4继续压缩，高温导热油则进入热油罐储存。低温压缩空气经二段压缩机4压缩后，经第二段止回阀5进入第二段换热器6与冷油罐流出的低温导热油换热；换热完成后，低温压缩空气进入下一段，高温导热油则进入热油罐储存。在二段压缩机4出口第二段止回阀5前设置了防喘振回流支管，从B点回流至第一段止回阀后的A点，在机组运行状态进入防喘振控制区时，防喘振阀7打开，机组打回流进行防喘振控制。

一般事故工况下，压缩机组电机立即断电；防喘振阀7快开，机组打回流降低二段压缩机4出口压力，打开第一段空气泄放阀14，快速卸压，二段压缩机4入口导叶调节装置关小至最小开度，降低入口空气流量；放空阀8快开，对空排气，降低一段压缩机1出口压力，一段压缩机1入口导叶调节装置关小至最小开度，降低入口空气流量。随着一段压缩机和二段压缩机出口压力和流量均下降至安全范围，压缩机可安全停机。在压缩机停机期间，导热油泵9实时匹配空气温度和流量保持变频运行，确保高温空气能得到有效降温。在压缩机的停机过程中，油侧保持流通，气侧则被隔断。

爆管工况下，如果仍按照一般事故工况处理，由于换热器中压缩空气的压力高于导热油的压力，空气将通过泄漏点不断流向导热油中，而导热油则通过导热油泵从冷油罐往热油罐不断输送。直到压缩机组停机完成，导热油泵才会停机，此时，被空气污染的导热油已在换热器和油罐中均有分布，为后续油系统净化增加了难度；同时，如果泄漏点较大，换热器中导热油压力突然增大，导热油回流也会对导热油泵产生损伤；更严重的是，一旦压缩机停机后卸压，空气管路中压力降低，低于导热油压力后，导热油将回流入空气中，低温导热油遇到高温空气，一方面污染了气侧管路和设备，另一方面也有闪爆的危险。

为了解决爆管工况下导热油与空气掺混问题，增加了换热器快速卸油阀15、16和退油罐。在爆管工况下，例如，系统检测到第一段换热器内导热油压力波动超限，进入爆管工况停机控制逻辑。此时，气侧防喘振阀7速开，机组打回流；同时，打开第一段空气泄放阀14，在打回流的同时对空排气快速降压。油侧立刻切断第一段换热器进出口截止阀10和11，确保此时导热油受污染的范围被控制在第一段换热器3内；同时，打开第一段换热器快速卸油阀15，将受污染的导热油泄放至退油罐内。为了保证导热油不会流入空气中，要保证气侧压力始终大于油侧压力，将气侧压力测点反馈的压力信号作为关闭第一段空气泄放阀14的控制依据：当气侧压力比油侧压力大50%左右时，关闭第一段空气泄放阀14，空气在回流管路内保压，一直到第一段换热器3中的导热油全部泄放完毕后，重新打开第一段空气泄放阀14，将多余的空气放空。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (6)

1.一种爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，其特征是：包括多段串联在一起的压缩机，每段压缩机之后串联油气换热器，每段所述油气换热器的导热油入口端连接冷油罐，导热油出口端连接热油罐，每段油气换热器与其后一段压缩机的连接管路上设置有空气泄放阀，每段油气换热器与其前一段压缩机连接的管路上设置有止回阀，相邻的两段压缩机与其后的油气换热器的连接管路上设置有防喘振管道，所述防喘振管道上设置有防喘振阀；每段油气换热器连接退油管路，每个退油管路上设置有快速泄油阀，所述退油管路通过退油总管连接退油罐。

2.根据权利要求1所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，其特征是：每段所述油气换热器包括一个油气换热器或者由若干个油气换热器串联而成，每个所述油气换热器的换热介质入口端和出口端分别设置有截止阀。

3.根据权利要求1所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，其特征是：每段压缩机入口设置有用来调节进气量的导叶调节装置。

4.根据权利要求1所述的爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统，其特征是：所述冷油罐与所述油气换热器的连接管路上设置有导热油泵。

5.一种上述爆管工况下能紧急停机的多段串联压缩机系统的停机方法，其特征是：该方法为：

一般事故工况下，压缩机组电机立即断电；防喘振阀快开，机组打回流降低压缩机出口压力，打开各段空气泄放阀，快速卸压，每段压缩机入口导叶调节装置关小至最小开度，降低压缩机入口空气流量；随着压缩机出口压力和流量均下降至安全范围，压缩机可安全停机，在压缩机停机过程中，油侧保持流通，气侧则被隔断。

6.爆管工况下，系统检测到某一段油气换热器内导热油压力波动超限，进入爆管工况停机控制逻辑，此时，该段换热器的气侧防喘振阀速开，机组打回流；同时，打开该段油气换热器之后的空气泄放阀，在打回流的同时对空排气快速降压；油侧立刻切断该段油气换热器入口端和出口端的截止阀，确保此时导热油受污染的范围被控制在该段油气换热器内；同时，打开该段油气换热器的快速卸油阀，将受污染的导热油泄放至退油罐内；为了保证导热油不会流入空气中，要保持气侧压力始终大于油侧压力，将气侧压力传感器反馈的压力信号作为关闭该段油气换热器之后的空气泄放阀的控制依据：当气侧压力比油侧压力大50%左右时，关闭该段油气换热器之后的泄放阀，空气在回流管路内保压，一直到该段换热器中的导热油全部泄放完毕后，重新打开该段油气换热器之后的空气泄放阀，将多余的空气放空。

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