高俊飛

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

某有色冶煉項(xiàng)目原料輸送及設(shè)備、儀表控制等均需使用壓縮空氣，因此在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置了空壓機(jī)站。本文結(jié)合該空壓機(jī)站的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)設(shè)計(jì)中的相關(guān)參數(shù)及主要控制因素進(jìn)行探討和分析。

1 壓縮空氣消耗量計(jì)算

壓縮空氣消耗量以滿足項(xiàng)目生產(chǎn)用氣的總量為前提。通常壓縮空氣負(fù)荷計(jì)算資料應(yīng)包括：每班用氣設(shè)備的名稱、規(guī)格及數(shù)量；小時(shí)最大耗氣量、平均耗氣量；供氣壓力要求(一般指用氣設(shè)備的最高壓力與最低壓力)；壓縮空氣品質(zhì)要求，如允許含油量、含水量、含塵量等；用戶對(duì)供氣的可靠性要求，如是否允許間斷供氣等；工廠的近期和遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃等。

有色冶煉廠壓縮空氣的使用點(diǎn)較多，其中有連續(xù)使用點(diǎn)，亦有間斷使用點(diǎn)，負(fù)荷波動(dòng)較大，該設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)壓縮空氣的需求亦具有此類特性，詳見表1。

表1 壓縮空氣需求一覽表

注：表中無油氣以及儀表用氣品質(zhì)要求含油≤1 ppm，含塵≤1 mg/m3。

壓縮空氣消耗量計(jì)算目前有多種方法，應(yīng)了解不同用氣點(diǎn)使用的規(guī)律性，根據(jù)《重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的算法計(jì)算，主要參考以下幾種。

1)以最大消耗量為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)消耗量Q1。

Q1=∑QmaxK1K2(1+ψ1+ψ2+ψ3)

(1)

式中：Q1為設(shè)計(jì)壓縮空氣消耗量，m3/min；∑Qmax為各用氣點(diǎn)同時(shí)最大耗氣量總和，m3/min；K1為同時(shí)使用壓縮空氣系數(shù)，此系數(shù)與用氣點(diǎn)數(shù)量和用氣規(guī)律有關(guān)，單個(gè)用氣點(diǎn)為1.0,用氣點(diǎn)數(shù)量增加，K1值減小；K2為高原修正系數(shù)，見表2；ψ1為管道系統(tǒng)漏損系數(shù)，見表3；ψ2為風(fēng)動(dòng)工具磨損增耗系數(shù)，0.15～0.20；ψ3為設(shè)計(jì)中未預(yù)見的消耗系數(shù)，0.1。

2)以理論平均消耗量為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)消耗量Q2。

Q2=∑Q0K1K2(1+ψ1+ψ2+ψ3)

(2)

式中：∑Q0表示各用氣點(diǎn)的理論平均耗氣量總和，m3/min；其他符號(hào)的意義與式(1)相同。

3)以最大消耗量和理論平均消耗量為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)消耗量Q3。

(3)

式中：∑Qmax表示各主要用氣點(diǎn)同時(shí)最大耗氣量總和，m3/min；∑Q＇0表示其余各用氣點(diǎn)的理論平均耗氣量總和，m3/min；其他符號(hào)的意義與式(1)、式(2)相同。

4)連續(xù)負(fù)荷的設(shè)計(jì)消耗量Q4。

Q4=∑Q(1+ψ1+ψ3)

(4)

式中：∑Q表示用氣點(diǎn)連續(xù)工作時(shí)的壓縮空氣消耗量，m3/min；其他符號(hào)的意義與式(3)相同。

根據(jù)本項(xiàng)目壓縮空氣的使用特點(diǎn)，參考式(2)計(jì)算壓縮空氣消耗量，結(jié)合項(xiàng)目具體情況,K1取值0.95,K2取值1.0,ψ1取值0.15,ψ2取值0，ψ3取值0.1，可得無油氣以及儀表用氣總耗氣量，見式(5)。普通氣總耗氣量(ψ2取值0.15)見式(6)。

Q2=(5+5+60+5+20)×0.95×1(1+0.15+0+0.1)≈113 m3/min

(5)

Q2=(15+150+10+5)×0.95×1(1+0.15+0.15+0.1)≈240 m3/min

(6)

表2 高原修正系數(shù)(計(jì)算值)

表3 管道系統(tǒng)漏損系數(shù)ψ1

2 空壓機(jī)及機(jī)組的選擇

常用空氣壓縮機(jī)有活塞式、螺桿式、離心式(透平式)和膜式。按工作原理可分為容積型、速度型；按結(jié)構(gòu)形式可分為往復(fù)式、回轉(zhuǎn)式和離心式。表4為常用空壓機(jī)的分類及主要優(yōu)缺點(diǎn)比較。

表4 常用空壓機(jī)的分類及主要優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)壓縮空氣耗氣量及使用特點(diǎn)，同時(shí)兼顧空壓機(jī)機(jī)型規(guī)格，本項(xiàng)目最終設(shè)備配置見表5。

表5 空壓機(jī)及后處理設(shè)備配置一覽表

3 壓縮空氣儲(chǔ)氣罐的選擇

儲(chǔ)氣罐的合理配置能起到穩(wěn)定壓縮空氣管道系統(tǒng)中壓力，進(jìn)一步分離空氣中的水分和帶入的雜質(zhì)的作用。儲(chǔ)氣罐上必須裝設(shè)安全閥，同時(shí)，儲(chǔ)氣罐與供氣總管之間應(yīng)裝設(shè)切斷閥。儲(chǔ)氣罐的選擇可參照經(jīng)驗(yàn)公式(5)確定。

Vc=KV

(5)

式中：Vc為儲(chǔ)氣罐容積，m3；V為空壓機(jī)的排氣量，m3/min；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，參照表6選取。

表6 儲(chǔ)氣罐選用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)k

4 工藝配置原則

空壓機(jī)站配置原則如下所述。

1)空壓機(jī)站通常單獨(dú)建站，一般由機(jī)器間和輔助間組成。輔助間總面積一般為及機(jī)器間面積的15%～20%，為便于擴(kuò)建，輔助間一般布置在機(jī)器間一端。

2)壓縮空氣站機(jī)器間內(nèi)噪聲大，溫度高，值班室應(yīng)采取隔聲處理。

3)站址應(yīng)選擇在空氣清潔，通風(fēng)良好之處。與易產(chǎn)生灰塵，散發(fā)腐蝕性氣體等場(chǎng)所及煙囪等保持一定距離，并應(yīng)位于主導(dǎo)風(fēng)向上方。

4)空壓機(jī)機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)散發(fā)出一定的熱量，應(yīng)盡量利用自然通風(fēng)條件，避免站內(nèi)溫度增高。

5)空壓機(jī)站內(nèi)，各空壓機(jī)之間至少應(yīng)保持寬約1.5 m的通道，空壓機(jī)的外緣與墻、柱間的距離至少不應(yīng)小于1.0 m。

6)同類規(guī)格尺寸螺桿機(jī)機(jī)型相鄰布置,便于生產(chǎn)管理。

7) 機(jī)器間內(nèi)空氣壓縮機(jī)組宜單排布置，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)在6臺(tái)以上，可考慮雙排布置。

8)儲(chǔ)氣罐應(yīng)布置在室外，原則上宜位于建筑物的陰面，具體項(xiàng)目上應(yīng)綜合考慮壓縮空氣用氣方向。立式儲(chǔ)氣罐與機(jī)器間外墻的凈距，以不影響采光、通風(fēng)為原則，一般不應(yīng)小于1 m。

9)壓縮空氣站內(nèi)應(yīng)設(shè)置排水地溝，并應(yīng)鋪設(shè)蓋板。

10)壓縮空氣站是工廠噪聲源之一，需通過壓縮機(jī)本體加裝罩體、管道上加裝消音器或防喘振調(diào)節(jié)閥、建筑物內(nèi)墻面采取加裝穿孔板吸聲或礦棉吸音板等措施進(jìn)行降噪處理。壓縮空氣站周邊有噪聲防護(hù)要求的場(chǎng)所或建筑需按規(guī)范保持一定的間距。

本項(xiàng)目空壓機(jī)站工藝配置充分考慮了工藝配置原則及設(shè)備選型的結(jié)果，要求布置合理，檢修便捷，并依據(jù)廠區(qū)地形進(jìn)行了優(yōu)化?？諌簷C(jī)站工藝配置詳見圖1。

圖1 空壓機(jī)站工藝配置圖

5 結(jié)論

空壓機(jī)站的設(shè)計(jì)核心是正確計(jì)算壓縮空氣耗氣量，并把握耗氣量的波動(dòng)性，才能合理地進(jìn)行空壓機(jī)設(shè)備的選型。空壓機(jī)站的工藝布置除滿足其特殊性要求外，還應(yīng)滿足距各用氣點(diǎn)的距離適宜，滿足管道走向的經(jīng)濟(jì)性。另外，空壓機(jī)站的設(shè)計(jì)還要便于現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)管理以及設(shè)備日常的巡檢維護(hù)。

為了實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)站設(shè)備使用壽命最大化，維檢工作減量化，值班人員舒適化等既定目標(biāo)，從設(shè)計(jì)源頭把關(guān)，著眼于細(xì)節(jié)，才能保證空壓機(jī)站在安全環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。