各试验室的设计要求

2.3部件试验中心厂房规划2.3.1涡轮试验室该试验室要求举架高度14m，规格74m×16m，占地面积约1184m2，预留大门3处，一处大门高度5m，宽度8m，另两处大门高度5m，宽度5m；试验室一端为控制室，另一端为装配室，规格为10m×16m×8m（高）。地下设置消防水池一处，用来满足安全需要；试验室上方空间放置两个5m³稳压水罐，固定在装配室上方；级间加热系统较为复杂，需要配备锅炉系统，因此在试验室外建设。厂房安装进排气消音装置；配套吊车10t；涡轮试验室外侧上方位置建设一处冷却塔，蓄水池容量200m³。1-装配间和工具室2-稳压水箱3-发电机4-涡轮发动机5-测功器6-滑油系统7-控制室8-冷却水系统9-级间加热系统10-排气消音系统图3涡轮试验室平面图a)涡轮发动机基本参数为入口压力320bar，温度150℃，共6级，向心涡轮设计，底座尺寸4m×5m，采用级间再热，输出功率为10MW级。b)发电机选用10MW级发电机一台，其结构尺寸如下图所示，尺寸为4.72m×5.08m，用于涡轮发动机带动发电，所发电量用于上网，按4.8m×5.5m对地面进行加固。1图410MW发电机组外形尺寸c)测功器测功器系统主要包括测功器、测功器供水子系统、测功器进排水阀及控制子系统。如下图所示，测功器选型PHS-4.5，最大吸收功率10MW，转速3000rpm，耗水量200t/h，外廓尺寸为1.6m×1.9m，重约18t，因此对地基有较高要求，按底座2m×3m对地基加固。2图5测功器选型d)滑油系统3图6稀油站系统性能表滑油系统又称为稀油站，主要用于为涡轮发动机提供冷却和润滑，因此要满足一定的油量和油压要求，使涡轮发动机能够稳定安全运行。具体型号选择，可根据实际油耗流量选择不同型号滑油系统，如下表所示选用型号XHZ-1000A，其中尺寸8m×4.85m，重15.5t，按10m×5m对地基进行加固。图7稀油站外形尺寸e)级间加热系统该系统采用燃煤有机热载体炉进行级间加热。有机热载体炉，俗称导热油锅4炉，一般以煤、油、气为燃料，是以导热油为循环介质供热的新型热能设备，采用高温循环泵强制导热油进行闭路循环，在将热能供用热设备后重新返回锅炉中加热的工艺流程。具有高温（320℃以上）低压（0.3-0.5MPa）的优点，且供热温度可精确控制。储气罐来流气体第一级入口气流第n级入口气流第n-1级出口气流燃烧加热器高温油泵高温油罐换热器换热器换热器图8多级涡轮级间加热系统简图f)测试系统试验运行过程中，必须对相关参数进行测量，主要包括温度、压力、流量及振动测量，相关传感器安装待测位置，经过数据采集通道，并采用屏蔽措施，避免信号干扰，保证信号稳定准确，最后在控制室进行监测、记录相关试验数据。g)配电柜由于试验室设备多、功率大，因此必须安装配电柜，进行集中控制各设备的运行，保证各设备安全有序运行，配电柜尺寸3m（长）×1m（宽）×1.6m（高）。h)冷却塔涡轮试验室外侧上方位置建设一处冷却塔，蓄水池容量200m³，满足测功器5供水、滑油系统及相关设备冷却需求。i)消音装置室外安装消音塔装置，满足涡轮排气消音要求。根据理想情况，即不采用电加热的话，涡轮试验室能耗应该比较小，只需要380、220V两种电源，能耗10kW量级即可。2.3.2压气机试验室压气机试验室要求举架高度14m，占地面积74m×16m，预留大门3处，一处大门高度5m，宽度8m，另外两处大门高度5m，宽度5m；配套吊车10t。压缩机需要进气通道和高压气体排出通道，电源电压为10kV动力电源，厂房安装消音装置；配套吊车10t。该试验室由低压多级轴流压气机试验台和高压多级离心压气机试验台两部分组成。高、低压级压气机试验台主要由进气系统、电动机及其调速系统、变速箱、润滑油系统、压气机组、性能参数测量系统及退喘系统等组成。低压轴流压气机进口段与大气相通，出口与缓冲罐相连。缓冲罐含两个排气管，一个排气管与外界大气相通；另一个排气管则与高压离心机进口段相连，将气体送入高压离心机进一步压缩到所需压力。高、低压压气机均根据系统参数推算出压气机的性能参数，向相关厂家进行产品订制。a)低压多级轴流压气机进口段过滤器及稳压箱尺寸约为10m×4m，压缩机、变速箱及电机机组尺寸约为12.3m×4.5m，最大件安装重量约为9t，安装于平坦水泥地面上，按15m×6m对地面进行加固。b)低压轴流压气机出口接一立式缓冲罐，缓冲罐直径约为4m，安装于平坦水泥地面上，按6m×6m对地面进行加固。c)高压离心压气机组进口管接缓冲罐，压缩机、变速箱及电机机组尺寸约为16m×5m，最大件安装重量约为16t，安装于平坦水泥地面上，按18m×8m对地面进行加固。d)润滑油站根据压缩机及变速箱需求进行选择，低压润滑油站尺寸约为4.5m×3m，重量约为6t，按6m×4m对地面进行加固；高压离心机润滑油站尺寸约为7m×4.2m，重量约为15t，按8m×5m对地面进行加固。6压缩机的用能设备主要是功率不等的电机（最大功率2.5MW，总功率3.5MW，用电电压包括10kV、380v及220v）；型号暂时也不能确定，只有到压缩机采购时方能确定。1-低压滑油站2-进口段3-低压电机4-变速箱5-低压轴流压气机6-高压离心压气机7-变速箱8-高压电机9-高压离心机滑油站10-装配室11-工具室图9压气机试验室平面图2.3.3蓄冷/蓄热试验室该试验室要求举架高度14m，占地面积74m×16m，预留大门3处，一处大门高度5m，宽度8m，另外两处大门高度5m，宽度5m；配套吊车10t。试验室用来开展10MW储能系统的蓄冷/蓄热试验研究，研究内容主要包括蓄热（冷）/换热器总体热力循环、超临界空气流体动力学（包括流变特性、摩擦系数、压力损失等）、超临界空气传热（包括蓄热（冷）材料的导热特性、自然对流和强制对流和辐射特性等）、蓄热（冷）/换热器蓄热（冷）特性（包括比热容、储能密度、热耗散和保温特性等）。主要试验设备包括2个蓄冷换热器、1个蓄热换热器、1台高压大流量低温泵、1个低温储罐、1套加热系统。蓄冷换热器和蓄热换热器进气管均与压缩空气进气管路及排气管路相连，换热器进、排气通过管路上若干截止阀实现切换，排气管路上装有泄压阀，出口与外界大气相通，排气口需安装消音装置。a)蓄冷换热器根据液氮气化释放的冷量以及充分冷却高压空气所需的冷量来确定蓄冷换热器的设计。蓄冷换热器选用2个完全相同的立式圆柱不锈钢罐，罐内填充蓄冷介质。7换热器罐体主要参数为：内径为2.4m，壁厚220mm左右，高5m，单个换热器罐体重量约为70t，填充蓄冷介质后总重量约为150t。b)蓄热换热器根据压缩机排气放热量与膨胀机级间加热量的要求来确定蓄热换热器的设计。蓄热换热器选用1个立式圆柱碳钢罐。换热器罐体主要参数为：内径为2.4m，壁厚220mm左右，高5m，单个换热器罐体重量约为70t，填充蓄冷介质后总重量约为150t。c)高压大流量低温泵低温泵用于对低温液氮加压，根据液氮流量拟选用1台高压大流量低温泵。低温泵主要参数为：液氮流量约为16000L/h，低温泵功率约为200kW，占地面积约为4m×2m，重量约为800kg，配电要求为三相电380V、50Hz。d)低温储罐低温储罐用来储存低温液氮，根据系统试验中储能量1.5MWh的要求确定存储的液氮量约为20m3，由于液氮常压储存，这里采用常压低温储罐。低温储罐主要参数为：外形尺寸约为4m×5m，容积为25m3，充满液氮后储罐总重量约为40t。e)加热系统加热系统用来将较低温度的高压空气升温至压缩机出口高压空气温度，即蓄热换热器的设计蓄热温度。加热系统拟采用电加热器来加热高压空气，根据压缩空气的流量与加热前后温度，并考虑电加热器效率确定所需电加热器功率约为120kW。加热系统主要参数为：初步估计占地面积为6m×1.5m，120kW的电加热器配电要求为三相电380V、50Hz。蓄冷蓄热实验室的主要用能设备为：（1）高压大流量低温泵：液氮流量22300L/h，低温泵功率约为90kW；（2）电加热器：功率120kW（室温（h=412KJ/kg,7.0Mpa）升至130(h=523KJ/kg,7.0Mpa)摄氏度，按照总流量22300L，密度0.8，蓄热时间6小时，效率80%计算）；81-蓄冷/换热器总体热力循环实验台2-超临界条件下蓄冷/换热器特性实验台3-低温储罐4-低温泵5-蓄冷/换热器6-蓄冷/换热器7-蓄冷/换热器超临界空气流体动力学实验台8-蓄冷/换热器超临界空气传热实验台9-蓄热/换热器超临界空气流体动力学实验台10-蓄热/换热器超临界空气传热实验11-蓄热/换热器12-蓄热/换热器总体热力循环实验台13-加热器14-超临界条件下蓄热/换热器特性实验台图10蓄冷/蓄热试验室平面图2.3.4控制集成试验室进行10MW级大规模空气储能整机集成验证，试验台由部件集成区和控制区构成，控制区进行集成控制和关键性能参数测定，部件集成区主要部件包括膨胀机、低温泵、储液罐、蓄冷/蓄热换热器、发电机等，储气罐作为高压气源，通过高压管道输入到集成试验室用于试验。试验室举架高度14m，占地面积74m×16m，预留大门3处，一处大门高度5m，宽度8m，另外两处大门高度5m，宽度5m；配套吊车10t。集成控制实验室的主要用能设备为：（1）高压大流量低温泵：流量22300L/h的低温泵7台并行使用，总功率约为630kW；（2）电加热器：功率800kW；91-低温储罐2-蓄冷换热器3-发电机4-蓄热换热器5-加热器6-蓄热换热器7-低温泵8-膨胀机9-蓄冷换热器10-工具间11-装配间图11控制集成试验室平面图3．建设要求汇总一期工程在土建、电力及消防等方面的总体要求汇总如下：项目土建电力消防备注主办公楼无特殊要求无特殊要求无特殊要求配一定会议室涡轮试验室需要打地基吊车动力电200KW无特殊要求配套消音装置压气机试验室需要打地基吊车高压动力电10KV3MW无特殊要求配套消音装置蓄冷/蓄热试验室需要打地基吊车动力电380V400KW无特殊要求配套消音装置控制集成试验室需要打地基吊车动力电380V30MW无特殊要求配套消音装置储气罐需要打地基无特殊要求无特殊要求考虑抗震等级和风力等级公寓无特殊要求无特殊要求无特殊要求食堂无特殊要求无特殊要求无特殊要求变电所无特殊要求200MW无特殊要求消防水池放置于地下无特殊要求无特殊要求考虑取水距离和与危险源的10距离冷却水塔带有水池380V动力电无特殊要求配套降噪装置