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文檔簡介
1、<p> 壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計問題分析</p><p> 摘要壓縮空氣是目前工業(yè)項目設(shè)計中最常用的動力源之一。本文從系統(tǒng)形式確定、設(shè)備選型和管網(wǎng)設(shè)計三個方面對壓縮空氣系統(tǒng)在設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題進行了分析說明。 </p><p> 關(guān)鍵詞壓縮空氣系統(tǒng) 集中與分散供氣 設(shè)備選型 管網(wǎng)設(shè)計 </p><p> 中圖分類號:TU81 文獻標識碼: A <
2、;/p><p><b> 引言 </b></p><p> 壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動力源之一,是僅次于電力的第二大動力能源,又是具有多種用途的工藝氣源,由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點,使其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門。一個設(shè)計完善的壓縮空氣系統(tǒng)應(yīng)在滿足使
3、用需求的同時兼顧節(jié)省投資和節(jié)能兩個方面。本文將從系統(tǒng)形式確定、設(shè)備選型和管網(wǎng)設(shè)計三個方面對壓縮空氣系統(tǒng)在設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題進行分析說明。 </p><p><b> 系統(tǒng)形式確定 </b></p><p> 壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計的首要問題就是確定供氣方案。許多壓縮空氣系統(tǒng)出現(xiàn)投資高、運行能耗大、供氣壓力波動大等問題歸根到底就是因為供氣方案不合理造成的。因此確定一個
4、經(jīng)濟合理的供氣方案是設(shè)計中首先需要解決的問題。目前設(shè)計中常用的供氣方案一般可分為以下幾種: </p><p> 設(shè)集中式壓縮空氣站供氣。即建一個空壓站供應(yīng)全廠所有的壓縮空氣用戶。其優(yōu)缺點為: </p><p> 安裝費用低,占地面積??; </p><p> 可以采用集中過濾吸入空氣,集中的機房通風,冷卻水處理,壓縮空氣冷卻及干燥設(shè)備,對空壓機運行的控制較方便,
5、產(chǎn)生的噪聲也較能有效地消除; </p><p> 采用較大的電機及空壓機主機,其效率較高,能耗費用較低。同理也適用于電動的附屬裝置如冷凍干燥機與風機等; </p><p> 經(jīng)常性的維修保養(yǎng)工作費用較低,維護方便; </p><p> 需要遠距離供氣,管道配置成本較高,且管線長、管道壓力損失大、需要空壓機提供較高的供氣壓力,管道漏氣部位多,維修成本高。當廠區(qū)規(guī)
6、模大時尤為突出; </p><p> 由于是集中供氣,會采用較大的空壓機主機,當用戶用氣情況變化幅度大時無法靈活調(diào)節(jié)空氣需求量,造成能源的浪費。 </p><p> 此方案適合于耗氣量大且用氣需求穩(wěn)定的中小型工廠和用戶較為集中的大型工廠。 </p><p> 設(shè)置分散的區(qū)域性壓縮空氣站供氣。即根據(jù)廠區(qū)用戶的分布情況設(shè)置多個空壓站,分區(qū)域供氣。其優(yōu)缺點為: &l
7、t;/p><p> 空壓機供氣網(wǎng)絡(luò)小,內(nèi)部泄漏少,可減少因壓降過大或氣量不足致使空壓機提高規(guī)格帶來的能源浪費; </p><p> 可保障重點用戶的供氣不會受其它用戶用氣負荷變化帶來的壓力波動影響; </p><p> 無需敷設(shè)室外管道,受冷凝損害(霜凍)的機會降至最低; </p><p> 可根據(jù)不同區(qū)域的用氣情況選擇空壓機規(guī)格,設(shè)置空
8、壓機的運行參數(shù),使用靈活,運行成本降低; </p><p> 各區(qū)域站房之間可設(shè)置管道連通,達到相互調(diào)節(jié)負荷,互為備用的目的; </p><p> 需要設(shè)置多個空壓站房,土建投資增加; </p><p> 需要配置多套空壓設(shè)備,初期投資較大,設(shè)備運行管理和維護成本增加。 </p><p> 此方案適用于工廠規(guī)模較大,用氣車間較多,壓縮
9、空氣用氣量大且主要用戶又較分散的項目。 </p><p> 就地供氣方案。屬于分散供氣方式的一種特殊情況,當工廠總耗氣量不大,用戶少而分散時,可考慮采用小型空氣壓縮機組就地供氣的方案,機組可以放置在廠房一端或就近放置在用氣點附近。 </p><p> 集中與分散相結(jié)合的供氣方案。在某些大、中型工廠中其主要壓縮空氣用戶較集中,次要用戶則較分散,或者各班用氣負荷很不均衡,特別是第三班用氣很
10、少的情況下,宜采用這種方案。 </p><p> 當工廠要求供應(yīng)不同壓力的壓縮空氣,而低壓用氣量又較大時,應(yīng)考慮采用不同壓力等級的供氣系統(tǒng),配置不同壓力的壓縮機組,以減少因減壓造成的不必要的能量損失,但為便于管理和節(jié)省投資,同一項目中供氣系統(tǒng)壓力等級一般不超過兩種。 </p><p> 當工廠有少量用氣設(shè)備要求供應(yīng)品質(zhì)較高的壓縮空氣時,可單獨采用無油潤滑壓縮機配套相應(yīng)的干燥凈化設(shè)備的工
11、藝系統(tǒng)供氣,也可利用集中的壓縮空氣站的帶油壓縮空氣經(jīng)除油,干燥凈化等處理后供氣,選擇時可視具體情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。 </p><p> 綜上所述,壓縮空氣供應(yīng)方案的確定不能一概而論,在選擇時應(yīng)根據(jù)項目規(guī)模、用氣點分布情況、供氣壓力等級以及要求供應(yīng)的壓縮空氣品質(zhì)等因素,經(jīng)過綜合考慮和技術(shù)經(jīng)濟條件比較后確定,既應(yīng)滿足用戶的使用要求,又應(yīng)求得技術(shù)經(jīng)濟上的先進性和合理性,避免投資和能源的浪費。 </p>
12、;<p><b> 設(shè)備選型 </b></p><p> 在供氣方案確定之后就需要根據(jù)項目情況選擇空壓機及其配套的后處理設(shè)備。下面將分別介紹這些設(shè)備的選型問題。 </p><p><b> 空壓機選型 </b></p><p> 空壓機是壓縮空氣系統(tǒng)中最主要的設(shè)備,是壓縮空氣系統(tǒng)的核心所在,因此在設(shè)計
13、選型時要根據(jù)項目情況認真比較后確定。空壓機選型首先要確定空壓機的類型,常用的空壓機類型有活塞式空壓機、螺桿式空壓機和離心式空壓機三種。各類型空壓機的優(yōu)、缺點見表一。 </p><p> 各類型空壓機的優(yōu)、缺點比較表一 </p><p> 空壓機類型的確定應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的用氣壓力,耗氣量以及對投資、運行環(huán)境的要求等參數(shù)比較后確定。目前在國內(nèi)中、小氣量,供氣壓力小于等于1.0 MPa的項目中,
14、螺桿式空壓機以其獨特的優(yōu)勢占據(jù)著主導(dǎo)地位。 </p><p> 確定好空壓機類型后需根據(jù)供氣壓力、供氣量、壓縮空氣品質(zhì)及冷卻方式確定空壓機的最終型號。 </p><p><b> 供氣壓力的確定 </b></p><p> 供氣壓力應(yīng)根據(jù)空壓機服務(wù)區(qū)域內(nèi)用氣設(shè)備的最高用氣壓力及管網(wǎng)和后處理設(shè)備的壓降確定。但需注意并不是供氣壓力越高越好,對
15、于任何設(shè)備,超過壓力要求供氣意味系統(tǒng)耗氣量的增加,壓力越高,泄漏量越大,一般供氣壓力每提高0.1MPa將會使系統(tǒng)多消耗14%的壓縮空氣,造成不必要的能源浪費。 </p><p><b> 供氣量的確定 </b></p><p> 工藝設(shè)備耗氣量一般由業(yè)主提供,在進行空壓機選型時可以工藝設(shè)備的平均耗氣量作為計算依據(jù),并應(yīng)考慮同時使用系數(shù)和其它修正系數(shù)。供氣量超出實際
16、用氣量過多不但會造成空壓機選型過大,投資和運行費用的浪費,還會造成空壓機運行時頻繁加、卸載,不但浪費能源,還會造成管網(wǎng)壓力波動,影響空壓機使用壽命,給運行調(diào)節(jié)帶來很多不利影響。對于用氣負荷經(jīng)常波動的系統(tǒng)宜配置至少一臺變頻空壓機,通過定頻與變頻空壓機之間的聯(lián)合控制實現(xiàn)運行節(jié)能的目的。 </p><p><b> 壓縮空氣品質(zhì)確定 </b></p><p> 壓縮空氣
17、品質(zhì)應(yīng)根據(jù)用戶性質(zhì)確定,常規(guī)用氣應(yīng)選擇有油潤滑機型,可節(jié)省投資,但對于醫(yī)藥、食品等對壓縮空氣品質(zhì)要求較高的場所應(yīng)使用無油機型。另外在后處理設(shè)備采用吸附干燥機時,也宜采用無油機型,以避免油霧對吸附劑表面的污染,致使干燥劑“中毒”失效。 </p><p><b> 冷卻方式的確定。 </b></p><p> 空壓機的冷卻方式分為風冷和水冷兩種。風冷需要開設(shè)較大面積的
18、外墻進、排風百葉,冷卻效果受室外環(huán)境溫度影響較大,適合于小型和部分中型空壓機。水冷方式需要增加整套冷卻循環(huán)水系統(tǒng),包括冷卻塔、循環(huán)泵、水箱等,投資較高,適用于大中型空壓機,水冷的冷卻效果比較穩(wěn)定。 </p><p><b> 干燥裝置的選取 </b></p><p> 壓縮空氣干燥的工作原理雖不盡相同但是均以分離出壓縮空氣中的氣體水為目的。通常的干燥原理分為吸附干
19、燥和冷凍干燥兩種。 </p><p> 空氣的吸附干燥屬于固-氣兩相傳質(zhì)過程,其過程由吸附和再生兩個階段組成,其中吸附劑的再生是實現(xiàn)空氣干燥的一個重要方面,選用的吸附劑及其再生工藝方法及效果直接影響所處理空氣的露點、運行能耗和供氣持續(xù)性,因此確定合理的干燥工藝、再生方法及運行參數(shù)是確定干燥裝置的首要條件。 </p><p> 空氣的冷凍干燥是利用被壓縮的濕空氣受冷媒間接冷卻,使其中的水
20、汽冷凝并排出以達到空氣干燥的目的。為實現(xiàn)干燥過程的連續(xù)性和經(jīng)濟性,一般冷媒的蒸發(fā)溫度限制在0℃以上,以避免冷凝水凍結(jié),因此冷凍干燥的壓力露點下限一般控制在3℃。冷凍干燥設(shè)備因具有能耗低、體積小、工作可靠、維護簡單以及對氣源負載無特殊要求且具有一定除油能力的特點而被廣泛應(yīng)用在獲取3℃及以上壓力露點的氣源處理工藝中。 </p><p> 結(jié)合吸附干燥和冷凍干燥的不同原理,在選型時應(yīng)結(jié)合項目的實際用氣要求并遵循以下原
21、則,以避免干燥過度帶來的不必要的能源浪費。 </p><p> 壓力露點要求大于等于3℃的系統(tǒng),通常采用冷凍干燥。反之,則采用吸附干燥; </p><p> 冷凍干燥機的冷卻方式可結(jié)合空壓機的冷卻方式確定; </p><p> 在選擇干燥機時應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度、進氣溫度及進氣壓力對干燥機的處理氣量進行修正; </p><p> 對空氣處理
22、量大,且含濕量高的系統(tǒng),結(jié)合用戶要求,進行能耗、初投資等技術(shù)經(jīng)濟比較后確定是采用冷凍干燥工藝,還是采用吸附干燥工藝或冷凍、吸附干燥組合工藝; </p><p> 對無熱再生、有熱再生和微熱再生吸附干燥,選擇時應(yīng)考慮空氣系統(tǒng)供需平衡情況、氣源壓力、干燥前后的含濕量等參數(shù)及用戶的要求; </p><p> 吸附干燥工藝運行壓力不宜低于0.5MPa,當壓力過低時會導(dǎo)致再生氣量增大,從而增加電
23、耗和運行費用,不經(jīng)濟。當干燥空氣露點低于-60℃時,宜采用冷凍干燥與吸附干燥有機組合的工藝,以減少能量消耗且運行管理方便; </p><p> 當采用吸附干燥工藝時,待處理壓縮空氣進入吸附塔前應(yīng)是無油和液體水的,因此,須選用無油空壓機或在壓縮空氣進入吸附干燥裝置前采取有效的除油、除液態(tài)水措施。 </p><p><b> 過濾裝置的選擇 </b></p>
24、;<p> 壓縮空氣中的污染物比較廣泛,有固體顆粒、水分、油、微生物和有害氣體等。在壓縮空氣系統(tǒng)中若不將這些雜質(zhì)去除的話勢必會對空氣管網(wǎng)、用氣設(shè)備與最終產(chǎn)品質(zhì)量造成傷害。壓縮空氣過濾器就是為了除去除氣態(tài)水以外的其它雜質(zhì)而設(shè)置的,它的過濾機理為直接攔截、慣性碰撞和漫射運動。常用的過濾器根據(jù)過濾等級和性能一般分為:粗效過濾器、高效過濾器、活性碳過濾器和除塵過濾器。 </p><p> 過濾器的選擇應(yīng)
25、以處理氣量和用戶對壓縮空氣的品質(zhì)要求為基準,不恰當?shù)倪x擇過濾精度過高的過濾器,或設(shè)置不必要的多級過濾,不僅會增加投入費用,而且運行時增加系統(tǒng)的氣流阻力,影響過濾器運行周期和使用壽命,浪費能源。過濾器的設(shè)置應(yīng)依據(jù)以下原則: </p><p> 對一般用途的壓縮空氣僅設(shè)置粗效過濾器即可; </p><p> 對要求較高的壓縮空氣系統(tǒng)需設(shè)置粗、高效兩級過濾; </p><
26、p> 對油含量有嚴格要求或?qū)馕队幸蟮南到y(tǒng)應(yīng)在兩級過濾的基礎(chǔ)上增設(shè)活性碳過濾器; </p><p> 在吸附干燥機后應(yīng)設(shè)置除塵過濾器,用于除去壓縮空氣與干燥劑接觸帶出來的顆粒; </p><p> 粗、高效過濾器通常分別安裝于冷干機前后或干燥機前; </p><p> 選型時應(yīng)根據(jù)進氣壓力對過濾器的處理氣量進行修正。 </p><
27、p><b> 儲氣罐的選擇 </b></p><p> 儲氣罐按工藝用途可分為兩類:一類是用于減弱活塞式空氣壓縮機排氣的周期性脈動同時穩(wěn)定管道中的壓力。另一類主要用于用氣負荷調(diào)節(jié)。通??諌赫局械膬夤奕莘e可按總供氣量的10%選取。對于個別耗氣量大的設(shè)備和不能停氣的設(shè)備,應(yīng)在其附近單獨設(shè)置儲氣罐以保障用氣設(shè)備的正常運行和減小對主供氣系統(tǒng)的沖擊。 </p><p&g
28、t; 有油壓縮空氣系統(tǒng)的儲氣罐需放置在室外,無油系統(tǒng)的儲氣罐可放在室內(nèi)。對于寒冷地區(qū)的室外壓縮空氣管道、儲氣罐下部和凝結(jié)水管道應(yīng)考慮保溫和伴熱,以避免凝結(jié)水凍結(jié)導(dǎo)致系統(tǒng)排水不暢。 </p><p> 儲氣罐宜設(shè)置在干燥設(shè)備之前,可以對壓縮空氣中的油、水進行預(yù)處理,以減輕后處理設(shè)備的負擔,利于節(jié)能。 </p><p><b> 管網(wǎng)設(shè)計 </b></p>
29、;<p> 在現(xiàn)有壓縮空氣系統(tǒng)中最常用的管網(wǎng)形式是環(huán)狀管網(wǎng)和枝狀管網(wǎng)。枝裝管網(wǎng)主要用于壓縮空氣管道規(guī)模小,或只連接幾個特定設(shè)備,不需要大范圍預(yù)留用氣點的壓縮空氣系統(tǒng),特別是就地設(shè)置現(xiàn)場型空壓機組為特定用氣設(shè)備供氣的系統(tǒng)。環(huán)狀管網(wǎng)通常用于整個車間大范圍供氣,且需要大量預(yù)留壓縮空氣接點的系統(tǒng)。環(huán)狀管網(wǎng)可以有效的增加系統(tǒng)的壓縮空氣容量以減輕管網(wǎng)的壓力波動。環(huán)狀管網(wǎng)可實現(xiàn)雙向供氣,可減小主干管的尺寸,節(jié)省空間,并能提高為用氣點供
30、氣的可靠性。 </p><p> 在管網(wǎng)設(shè)計中,主干管的管徑宜比計算管徑大1~2號設(shè)計,這樣既可以增加管網(wǎng)的容氣量,也可以減小管道內(nèi)凝結(jié)水對管道供氣阻力的影響,同時可以減小整個管網(wǎng)的阻力,降低空壓機的產(chǎn)氣壓力,實現(xiàn)運行節(jié)能。 </p><p> 在管網(wǎng)設(shè)計中,預(yù)留接口的設(shè)置數(shù)量要適度,在滿足用戶使用的前提下應(yīng)盡可能減少數(shù)量,因為每一個接口都可能成為一個泄漏點,接口數(shù)量越多,壓縮空氣的泄
31、漏量就可能越大,會直接影響空壓機的開啟時間,造成不必要的能源浪費。壓縮空氣支管與干管的連接方式應(yīng)采用上出式,可有效減少進入支管的水汽。 </p><p> 壓縮空氣管道的材質(zhì)應(yīng)根據(jù)壓縮空氣品質(zhì)確定,具體如下: </p><p> 對于無干燥凈化要求的壓縮空氣系統(tǒng)可采用碳鋼管; </p><p> 對于壓力露點低于等于10℃,高于-20℃或含塵粒徑小于等于40μ
32、m大于5μm的干燥和凈化壓縮空氣系統(tǒng),可采用經(jīng)鈍化處理或熱鍍鋅的碳鋼管; </p><p> 對于壓力露點低于等于-20℃,高于等于-40℃或含塵粒徑小于等于5μm,大于等于1μm的干燥和凈化壓縮空氣系統(tǒng)宜采用不銹鋼或銅管; </p><p> 對于壓力露點低于-40℃或含塵粒徑小于1μm的干燥和凈化壓縮空氣系統(tǒng)應(yīng)采用不銹鋼或銅管。 </p><p> 在條件
33、允許的情況下壓縮空氣管道應(yīng)設(shè)置坡度,并在低點設(shè)置自動排水裝置,以利于管道內(nèi)凝結(jié)水的排出。 </p><p><b> 參考文獻: </b></p><p> [1] 徐明、馮根發(fā)、徐振國主編《壓縮空氣站設(shè)計手冊》 機械工業(yè)出版社 1993年12月第1版。 </p><p> [2] 邱家旺,壓縮空氣干燥凈化系統(tǒng)的工藝選擇心得,福建化工,2
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