厂房小型空压站工艺系统的设计与优化

□何海峰 胡建成

一、工艺系统设备选型

(一)空气压缩机。现在市场中空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为三类:容积型、动力型(速度型或透平型)、热力型。由设计输入表(表1)可以得知，本工程中用户所需气量较大且压力较高，同时考虑用气品质、冷却方式以及经济性等因素，最终选用了风冷螺杆式空气压缩机。

空压机型式选定后，还需要确定排气量，本工程采用平均消耗量总和为依据计算设计容量Q 的方法:

Q=∑Q0K(1 +φ1+φ2+φ3)m3/h

式中:Q——设计容量，m3/h;∑Q0——用气设备平均消耗量总和，m3/h;K——消耗量不平衡系数，1．2～1．4;φ1——感到漏损系数。当管道全长小于1km 时，取0．1;1．5km 时，取0．15;大于2km 时，取0．2;φ2——用气设备磨损消耗系数，0．15～0．2;φ3——未预见的消耗量系数，0．1。

结合本工程实际，由上式计算可知，选用空压机的排气量为32m3/min。

表1 设计输入

随着技术的发展进步，螺杆式空气压缩机在制造使用过程中，噪音得到了有效降低(所选机型噪音≤80dB(A))，工作效率有了大幅度的提高，自动化程度也很高，可以实现无人值班运转，同时基于自身集约化程度高、结构紧密、基础简单等优势受到青睐，实际工程中应用较多。

(二)过滤器。工艺系统中，过滤器主要功能是过滤压缩空气中的灰尘、油份、铁锈等杂质，避免这些杂质进入到后面的系统流程中，进而影响到系统的正常运行。

由表1可知，本工程对于压缩空气用气品质要求不高，考虑到经济性并未选用无油螺杆空气压缩机，选用两台过滤器(一台预过滤器，一台精过滤器)即可满足用户要求，压缩空气经过两台过滤器后含油量≤0．1ppm。

过滤器排污阀有手动和自动两种可选，为了使整个工艺系统自动化程度更高，选用自动排污阀。过滤器滤芯根据使用情况需要按时更换，以保证用气品质满足要求。

(三)干燥器。干燥器的主要作用是为了避免空气中的水分进入后续工艺系统，对整个系统造成破坏。干燥器选型需要考虑压力露点、干燥速率、耗能、成本等多方面因素，最终确定选用何种型式的干燥器。结合表1中设计输入，并综合考虑上述因素，本工程最终选用了一台匹配的吸附式无热再生干燥器。

(四)缓冲罐和储气罐。设置缓冲罐和储气罐能够避免因压力过大对整个系统造成威胁，同时可以稳定气压，减少气体冲击，平缓供气，长时间储存还可以进一步除去气体中的杂质。储气罐的选取主要考虑在较小的时间区间内，用气量波动的大小，而一般机械厂房中会有气动泵、气动元件等设备，这些设备需要瞬间较大的用气量，因此大多需要设置储气罐。储气罐的容积一般需要综合考虑空压站规模和实际末端的用气特点来选取，一般为设计最大用气量的1/6～1/10，若有特殊情况，也可酌情增加或减小储气罐的容量。

二、管道设计

压缩空气的管道系统应满足用户对压缩空气流量、压力以及品质的要求，还应从可靠工期、节能、降低成本、方便维护等方面综合考虑。压缩空气管道有多种形式，设计时需要根据不同的要求和条件作技术、经济比较后才能选择出合理的方案。

管道计算在工程设计中是很关键的部分，直接关系到设计的科学、安全、合理性。选定了空压机型式，确定了排气量后，需要做的就是管道管径的计算，管道内径可按照下式进行计算:

式中:d——管道内径，mm;Q——压缩空气在工作状态下的体积流量，m3/h;v——压缩空气在工作状态下的管内流速，m/s。上式中Q 可按照下式进行计算:

Qz为自由状态下的空气流量，m3/h;即在温度20℃，压力98066．5Pa 时的流量。用气设备铭牌标定的用气量均指自由状态空气量，t 为压缩机工作时出口的温度。

由上述两个公式计算出管道内径，内径确定后，根据设计需要并结合工程实际即可确定管道参数，从而开展具体的管道布置工作。

压缩空气在管道内流动时，在直线管段产生摩擦阻力;在阀门、三通、弯头、变径管等处产生局部阻力，这两种阻力导致气体压力损耗。因此，在管道布置完毕后，还需要计算管道压力损失，可通过下式计算:

△H=△H1+△H2Pa

式中:△H——管道压力损失，Pa;△H1——直线管道摩擦阻力，Pa;△H2——管道局部阻力Pa。

直线管道压力损失可按下式计算:

式中:L——直线管段长度，m;d——管道内径，m;ρ——工作状态下压缩空气密度，kg/m3;ν——工作状态下压缩空气流速，m/s;g——重力加速度，m/s2;λ——管道摩擦阻力系数(可据表查询)。

局部阻力压力损失，可通过下式计算:

式中:ξ——局部阻力系数(可据表查询)。

压降应控制在一定范围内，不仅要保证满足用户所需用气压力，还要考虑技术经济等。例如，机械厂的压力降一般控制在供气压力的5%～8%。但在实际工程设计中可不受此范围约束，应通过分析比较得出适合本工程项目的总压力降。

三、结语

随着我国工业化进程的加快，压缩空气在生产上得到日益广泛的应用，优化空压站中工艺系统，使其更安全可靠、经济合理，就显得很重要。本文探讨的空压站工艺系统设计优化对实际的工程设计有一定的参考价值。

［1］ 中国机械工业联合会．压缩空气站设计规范(GB50029 －2003)［M］．北京:中国计划出版社，2003

［2］ 刘磊，贺世开．机械厂房小型空压站设计探讨［J］．企业导报，2010，9