田家樂

（首都航天機(jī)械有限公司，北京 100076）

1 概述

壓縮空氣作為工業(yè)生產(chǎn)中重要的動(dòng)力源，其供應(yīng)品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性越來越受到重視，壓縮空氣管道合理的設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)行維護(hù)是保證氣體品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的先決條件。壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行能耗巨大，壓縮空氣管道系統(tǒng)合理的設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)維對(duì)于節(jié)能降耗具有重大意義。本文就壓縮空氣管道在設(shè)計(jì)、安裝及運(yùn)維過程中的注意事項(xiàng)作以簡(jiǎn)述。

2 壓縮空氣管道系統(tǒng)的選擇

壓縮空氣管道系統(tǒng)一般由壓縮空氣站、室外壓縮空氣管道、廠房入戶裝置、室內(nèi)壓縮空氣管道等組成。根據(jù)壓縮空氣的壓力、質(zhì)量以及負(fù)荷特性等的不同，在設(shè)計(jì)過程中來合理選擇不同的壓縮空氣管道系統(tǒng)。在各用戶需求壓力基本相同時(shí)，可以選擇集中供應(yīng)壓縮空氣，大部分用戶可不經(jīng)減壓直接使用，在不同壓力需求的部位進(jìn)行減壓，滿足不同壓力需求用戶的要求。如各用戶的用氣壓力差異較大，則按不同壓力分別輸送壓縮空氣，此類分別供應(yīng)系統(tǒng)較為復(fù)雜且初投資較大。當(dāng)各用戶對(duì)壓縮空氣的顆粒度、壓力露點(diǎn)、含油量等品質(zhì)要求相近時(shí)，可以在壓縮空氣站內(nèi)設(shè)置對(duì)壓縮空氣集中處理的干燥、凈化裝置。如果各用戶對(duì)氣體品質(zhì)要求不同，可以在各廠房入戶位置安裝干燥、凈化裝置，并在各用氣點(diǎn)加裝滿足用氣品質(zhì)要求的干燥凈化設(shè)備。對(duì)于像吹砂機(jī)等瞬時(shí)大用氣量的設(shè)備，因其小時(shí)平均壓縮空氣消耗量與瞬時(shí)消耗量相差較大，用氣負(fù)荷波動(dòng)巨大，與其他用戶共用同一系統(tǒng)將對(duì)其他用戶用氣壓力造成波動(dòng)，因此宜對(duì)其單獨(dú)供應(yīng)。當(dāng)單獨(dú)供應(yīng)經(jīng)濟(jì)性較差時(shí)，可在用氣設(shè)備附近安裝儲(chǔ)氣罐等緩沖裝置，以起到穩(wěn)壓作用。

3 管道壁厚的選擇

壓縮空氣管道壁厚一般取決于管道內(nèi)氣體的壓力高低。某工業(yè)園區(qū)低壓氣管道的工作壓力一般為0.6～0.75MPa，管材以低壓流體輸送用焊接鋼管和無縫鋼管為主。在進(jìn)行壓縮空氣管道設(shè)計(jì)過程中，考慮到管道內(nèi)壁在工作過程中的沖刷及腐蝕，保障壓縮空氣管道壁厚在一般選擇在3mm以上、主管壁厚在4mm以上。具體的管道壁厚選擇應(yīng)根據(jù)工作壓力及管徑查找相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊(cè)。

4 管徑及管材的選擇

壓縮空氣管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程管徑和管材的選擇是其中重要的一環(huán)，合理地選擇管徑和管材可以在保證供氣品質(zhì)的前提下有效獲得較好的經(jīng)濟(jì)性。

4.1 壓縮空氣管道管徑的確定

在供氣流量一定的情況下，管徑越小流速高，管道壓力損失越大；相反，管徑越大管道壓力損失越小，能耗損失越小，但大管徑經(jīng)濟(jì)性又較差。如何平衡經(jīng)濟(jì)性就成了管徑選取的重要因素。管徑選擇的方法一般是根據(jù)質(zhì)量流量和設(shè)定的平均流速按以下公式經(jīng)計(jì)算確定，再根據(jù)工程設(shè)計(jì)規(guī)定的管子系列調(diào)整為實(shí)際內(nèi)徑，并以實(shí)際內(nèi)徑和平均流速核算管道壓力損失是否符合要求，如不滿足要求則需重新計(jì)算[1]。

式中：qm-工作狀態(tài)下的壓縮空氣質(zhì)量流量，kg/h；qv-工作狀態(tài)下的壓縮空氣體積流量，m3/h；v-平均流速，m/s；ρ-工作狀態(tài)下壓縮空氣的密度，kg/m3。

壓縮空氣工作狀態(tài)下的體積流量qv與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量換算按式（3）計(jì)算。

式中：t-工作狀態(tài)下壓縮空氣的溫度，℃；P-工作狀態(tài)下壓縮空氣的絕對(duì)壓力，MPa。

壓縮空氣管道常用流速取值，車間內(nèi)一般取8～15m/s，廠區(qū)一般取8～10m/s。當(dāng)管道長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)取較小值，適當(dāng)放大管徑；長(zhǎng)度較短時(shí)取較大值。

4.2 壓縮空氣管道管材的選擇

壓縮空氣系統(tǒng)在長(zhǎng)距離輸送過程中，管道材質(zhì)對(duì)氣體品質(zhì)的影響較大，因此，在進(jìn)行壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)不同氣體品質(zhì)要求的系統(tǒng)合理采用不同的管材。某工業(yè)園區(qū)內(nèi)的低壓氣管道一般采用焊接鋼管和無縫鋼管。焊接鋼管是采用鋼板卷曲后再焊接成的，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，但因表面有焊縫，一般情況下強(qiáng)度低于無縫鋼管，承壓能力較低，焊縫處在含油水氣流的長(zhǎng)期腐蝕和沖刷下銹皮剝落，影響氣體品質(zhì)。無縫鋼管分為熱軋管和冷拔管，中空截面，沒有焊縫，承壓能力更好，使用壽命更長(zhǎng)。焊接鋼管和無縫鋼管，內(nèi)壁比較粗糙，容易附著油水及顆粒物，耐腐蝕性較弱，內(nèi)壁易產(chǎn)生銹皮，因此不適合對(duì)氣體品質(zhì)有較高要求的場(chǎng)合。不銹鋼管道內(nèi)表面光滑，耐腐蝕性強(qiáng)，適用于對(duì)氣體品質(zhì)有較高要求的場(chǎng)合，因此某工業(yè)園區(qū)內(nèi)的高壓氣管道均采用不銹鋼管。工程上主要使用304（06Cr18Ni9）和316（06Cr17Ni12Mo2）不銹鋼，均屬于奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的機(jī)械性能和耐腐蝕性能非常好[2]。但不銹鋼管一般不宜用在氯離子含量較高的場(chǎng)合，其中316不銹鋼耐腐蝕能力強(qiáng)于304不銹鋼。奧氏體不銹鋼與碳鋼接觸容易產(chǎn)生滲碳現(xiàn)象，降低抗晶間腐蝕性能[3]，因此，不銹鋼管道不得與碳鋼管道直接連接，不銹鋼管道與碳鋼管道支承件之間也不可以直接接觸，一般采用不銹鋼或氯離子含量不超過50ppm的非金屬墊片進(jìn)行隔離。

以下列出了不同場(chǎng)合和氣體品質(zhì)要求的壓縮空氣管道的管材推薦選用表，如表1所示。

表1 壓縮空氣管道管材選用

5 壓縮空氣管道的布置及敷設(shè)

壓縮空氣管道的布置方式一般采用支狀管網(wǎng)，也可以采用環(huán)狀管網(wǎng)。管道的連接方式一般采用焊接，管道與設(shè)備、閥門連接處可采用法蘭或螺紋連接。管道變徑應(yīng)采用底平齊變徑管，以便于排除油水。壓縮空氣支管與干管應(yīng)采用“鵝頸”形連接方式，避免主管道中的油水進(jìn)入支管道中。壓縮空氣管道在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮安裝坡度，坡度一般不小于0.002，并在支管末端低點(diǎn)處設(shè)置集水器等排油水裝置。

6 壓縮空氣管道系統(tǒng)常見問題分析

6.1 壓縮空氣品質(zhì)控制

改善氣體品質(zhì)一般可以通過在空壓機(jī)排氣端加裝過濾器、干燥器等凈化裝置進(jìn)行預(yù)處理，并在管道系統(tǒng)低點(diǎn)設(shè)置集水管和排水閥，在廠房入戶安裝油水分離器、干燥器等空氣處理裝置。對(duì)氣體品質(zhì)要求較高的用氣點(diǎn)，可以根據(jù)工藝需求安裝凈化裝置或冷凍干燥機(jī)，形成對(duì)壓縮空氣氣源端、輸送端、用戶端的三級(jí)凈化處理。同時(shí)要加強(qiáng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，制定合理的巡視、維護(hù)計(jì)劃，定期更換過濾器濾芯，并確保管道內(nèi)油水得到及時(shí)排放，以確保供氣品質(zhì)達(dá)到使用要求。

某工業(yè)園區(qū)低壓空氣管道在使用過程中氣體品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，油水含量高。在室外架空管道改為管溝敷設(shè)后用戶用氣含水量更甚。經(jīng)分析，造成該問題的原因包括：①園區(qū)低壓空氣系統(tǒng)壓縮機(jī)出口端未安裝凈化裝置，直接連接5個(gè)儲(chǔ)氣罐，僅定期對(duì)儲(chǔ)氣罐排油水作業(yè)，無法解決管網(wǎng)輸送過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水，凈化效果一般；②各廠房入戶端雖然設(shè)有油水分離器、干燥瓶等干燥凈化裝置，但在日常管理中，因同一低壓空氣入戶供給多家用戶使用，入戶裝置的權(quán)屬不夠明晰，致使排油水操作不能及時(shí)有效進(jìn)行，也導(dǎo)致壓縮空氣出口油水含量超標(biāo)；③園區(qū)低壓空氣管道大都采用焊接鋼管和無縫鋼管，且投入使用已超十年，管道內(nèi)積存的油泥銹渣較多，對(duì)供應(yīng)的氣體品質(zhì)也造成了一定影響；④原室外壓縮空氣管道架空敷設(shè)，改造后改為管溝敷設(shè)，溝內(nèi)溫度較低，當(dāng)管溝內(nèi)溫度低于壓縮空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量凝結(jié)水。管溝內(nèi)的管道標(biāo)高降低后又成為系統(tǒng)局部低點(diǎn)，造成大量凝結(jié)水淤積，又未在低點(diǎn)處安裝集水管和排水閥，因此，用戶在用氣過程中就出現(xiàn)了上述含水量過大的問題。

6.2 管網(wǎng)泄漏控制

壓縮空氣泄漏是最常見的一種能源浪費(fèi)。據(jù)國(guó)內(nèi)不完全統(tǒng)計(jì)平均壓縮空氣的泄漏量占整個(gè)壓縮空氣量的30%。一般對(duì)于新建系統(tǒng)（少于1年）或小型工廠，泄漏率控制在5%～7%；對(duì)于2～5年的系統(tǒng)或中型工廠，泄漏率控制在7%～10%。對(duì)于超過10年的系統(tǒng)或大型工廠，泄漏率控制在10%～12%[4]

壓縮空氣的泄漏通常發(fā)生在管道接頭、焊縫、快插接頭、調(diào)壓器、閥門、排污管、破損的軟管以及銹蝕的管道。壓縮空氣管道發(fā)生泄漏通常比較容易發(fā)現(xiàn)，漏點(diǎn)處會(huì)有很大的噪聲，用手觸摸即可確定漏點(diǎn)的位置。經(jīng)常性查漏也可采用壓縮空氣泄漏檢測(cè)儀器進(jìn)行檢測(cè)，確定漏點(diǎn)。

7 結(jié)語

壓縮空氣是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要?jiǎng)恿υ?，隨著生產(chǎn)工藝和用氣設(shè)備儀器精度的提升，對(duì)壓縮空氣品質(zhì)也提出了更高的要求。同時(shí)，壓縮空氣系統(tǒng)對(duì)能源的消耗也是巨大的，合理的設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)壓縮空氣管道系統(tǒng)，無論從供氣品質(zhì)的控制上，還是從節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)性上來說，都具有重要意義。