浅谈压缩空气站设备及管道系统设计

左贵宏

摘要：压缩空气作为工厂的常用动力气源，为工厂工艺生产的正常运行提供有效保障。压缩空气系统主要是由压缩空气站、室外压缩空气管道、车间入口装置及内部压缩空气管道四部分组成。在设计开始之前，需要根据工厂的用气设备的进口压力要求、压缩空气质量要求、用气点负荷分布、总用气量以及当地环境条件来确定压缩空气系统的形式、压缩空气系统各设备选型和空压机站房数量和布置，以达到经济合理的配置。

关键词：压缩空气;空压机;干燥机

引言

在压缩空气站及管道设计中，必须根据工艺需求，合理选择设备及进行选型计算。空压机站的布置要充分考虑到总图、设备布置、供水、供电、采暖通风等综合因素，确保整个系统的安全稳定运行。

1空气压缩机介绍

目前主流空气压缩机主要有三种：离心式空压机、螺杆式空压机、活塞式空压机。

1.1离心式空压机

离心式空压机是由叶轮带动气体做高速旋转，使空气产生离心力，由于空气经过叶轮的加压作用，从而使空气的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。离心式空气压缩机特点有：①设备运行平衡，运转率高，操作可靠，無摩擦件，后期维护费用少。②离心式压缩机可实现完全无油压缩。③设备产气量大，结构紧凑，质量轻，占地面积小。④离心式压缩机不适用于气量小场合，压比也不能太高。⑤离心式压缩机的稳定运行工况比较窄，且气量的调节不经济。

1.2螺杆式空压机

螺杆式空压机机头核心部件是成对的互相啮合的阴阳转子，每对转子互相反向旋转，达到压缩空气的效果。螺杆式空压机的特点是：①操作简便。螺杆式空压机自动化程度高，对操作者要求不高，易实现远程操作和无人值守运转。②运行可靠。螺杆式空压机零部件少，维护简单，没有易损部件，运转可靠，使用寿命长。③适用性强。螺杆式空压机是强制输气，因此容积流量不受排气压力影响，能够适用各种不同的工况，并保持高效运行。④动平衡好。螺杆式空压机无不平衡惯性力，设备高速运行平稳，对设备基础要求不高。

1.3活塞式压缩机

活塞式压缩机的核心部件是由气缸、进排气阀以及在气缸中重复运动的活塞构成的。曲轴旋转带动活塞在气缸内往复工作，完成吸气、压缩和排气的过程。活塞式压缩机的优点：①适用压力范围广，活塞式压缩机可设计成不同压力下工作，特别在高压或者超高压范围内是其他压缩机无法取代的。②压缩效率较高，活塞式压缩机压缩气体的过程属封闭系统，其压缩效率较高。③适应性强，活塞式压缩机排气量范围较广，而且气体密度对压缩机性能的影响不如速度式压缩机那样显著，同一规格的活塞式压缩机往往只要稍加改造就可以适用于压缩其他的气体介质。④气体带油污，尤其对于有油润滑更为显著。⑤排气不连续，气体压力有波动，有可能造成气流脉动共振。⑥易损件较多，维修量较大。

2压缩空气系统流程及站房布置

2.1压缩空气系统流程

压缩空气系统流程按空压机和后处理设备对应关系和管道的连接方式，可以分为干管式、单元式和旁通式。

干管式：该方式管线较为复杂，阀门数量较多，在运行过程中可以实现互相备用，运行最为安全。

单元式：

该方式管线简单，阀门数量少，但一旦设备或管路出现故障，会导致整个分支的空压机及后处理不能运行，安全性能最差。

2.2空压机站房总图布置原则

根据厂区压缩空气用气时段、用气多少、距离远近等因素来确定配置空压机站的个数和总图位置，以达到经济合理的配置。通常情况下对于完整的水泥生产线应设置矿山、熟料线、水泥线三个空压机站，同时需要满足以下几个原则：

（1）靠近用气负荷中心。

（2）供电、供水合理。

（3）有扩建的可能性。

（4）避免靠近散发爆炸性、腐蚀性和有毒气体以及粉尘等有害物质的场所，并宜位于上述场所全年最小频率风向的下风侧。

（5）压缩空气站的朝向宜使机器间有良好的自然通风，并宜减少日晒。

2.3空压机站房布置

空压机站房的尺寸主要由空压机的能力和数量决定。螺杆空气压缩机组宜单排布置，机器间的通道宽度应根据设备操作、拆装和运输的要求确定。设备布置时，除保证检修时能抽出气缸中的活塞部件、冷却器中的芯子和 电动机转子或者定子外，宜有不小于0.5m的余量，同时也必须符合厂家图纸所示检修空间要求。干燥装置的操作维护用通道不宜小于1.5m。

空压机站的检修应遵循以下几点原则：

（1）单台压缩机额定容积流量大于或等于20m3/min 且总安装容量大于或等于60m3/min 的压缩空气站，宜设置检修用起重设备，通常情况下选用手动检修葫芦，起重能力应按空气压缩机组检修时最重的起吊部件确定。

（2）一般情况下空压机站内需要设置专门的检修场地，检修场地的面积不宜大于一台最大空气压缩机组占地和运行所需的面积。

（3）压缩空气站机器间屋架下弦或梁底的高度，应符合设备拆装起吊和通风的要求，且净高不宜小于4m。

2.4空压机站房采暖和通风

压缩空气站机器间的采暖温度不宜低于16 ℃;非工作时间机器间的温度不得低于5 ℃。对于极度寒冷地区，可采用将空压机的热风部分回流到室内，以便保证室内温度不低于5℃。

空气压缩机在室内吸气时，压缩空气站机器间的外墙应设置进风口，其流通面积应满足空气压缩机吸气和设备冷却的要求。空压机冷却风热风应通过管道直接排出室外。压缩空气站内设备通风管道的阻力损失超过设备自带风扇压头时，应设置通风机。当通风管道内不采用通风机时，风速宜为3m/s～5m/s;当采用通风机时，风速宜为6m/s～10m/s。

空压机站通风分为负压系统和正压系统两种。负压系统包含进气格栅、排风机;正压系统包含带布袋式过滤器的正压风机和排气格栅。由于正压系统能有效的防止灰尘的进入，在设计时应优先考虑。在布置正压风机和排气格栅时，应遵循空气下进上出，空气实现对流的原则。

2.5储气罐布置原则

储气罐宜布置在空气压缩机与干燥净化装置之间，当负荷要求储气罐瞬间释放超过干燥净化装置处理量的压缩空气时，应在干燥净化装置后另行设置储气罐。

压缩空气储气罐的布置应符合下列规定：

（1） 应布置在室外或独立建筑内;

（2） 储气罐布置在室外时，宜布置在建筑物的阴面，当设置在阳面时，宜加设遮阳棚;立式储气罐与机器间外墙的净距不应小于1m，并不宜影响采光和通风;布置在室外的罐组宜设置通透的围栏;

（3 ）在室外布置有困难时，工作压力小于10MPa、含油等级不低于3 级的压缩空气储气罐，可布置在室内;当工作压力大于或等于10MPa、单个容积不大于10m3、含油等级不低于3 级的压缩空气储气罐，总数量不超过3 个时，可布置在与机器间毗邻的独立房间内。

2.6管道布置要求

输送饱和压缩空气的管道应设置能排放管道系统内积存冷凝液的装置，通常情况下应在每段管道最低点设置排污阀门，设有坡度的管道，坡度不宜小于0.002。工作压力小于1.6MPa 的压缩空气管道系统，从空气压缩机出口到最不利点的压力损失不宜超过空气压缩机排气压力的10%。压缩空气管道的连接，除设备、阀门等处用法兰或螺纹连接外，宜采用焊接。寒冷地区干燥机之前的室外管道应采取防冷措施。室外输送饱和压缩空气的埋地管道应敷设在冰冻线以下。

结语

压缩空气站是工业生产中是不可或缺的重要组成部分，安全、规范、适用的设计才能为正常工业生产保驾护航。

参考文献

[1]苗广宙.常用的压缩空气站设计.广东化工，2007，34（9）：119-121.

[2]刘庆春，曹严亮.浅析空压站的设计[J].装备制造技术.2011，（1）.133-134..

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