氧化鋁廠空壓站的設(shè)計

邱佳文 陳蓓(東北大學(xué)設(shè)計研究院(有限公司)，遼寧 沈陽 110166)

0 引言

空壓站氧化鋁廠各生產(chǎn)工段、通風(fēng)除塵以及儀表提供所需的壓縮空氣，空壓機(jī)的作用：(1)提高壓力；(2)輸送氣體。氧化鋁廠預(yù)脫硅及高壓泵房、測流苛化、分解分級等需要壓縮空氣提料；溶出及稀釋、氫氧化鋁焙燒需要壓縮空氣吹掃；分解分級、細(xì)種子過濾及洗滌、綜合過濾需要壓縮空氣反吹過濾機(jī)；還有一些泵、氣動閥和儀表也需要壓縮空氣。

1 空壓站熱負(fù)荷計算

計算壓縮空氣熱負(fù)荷根據(jù)工藝提的壓縮空氣使用量來計算，若為間斷用氣，則取間斷用氣的最大量乘以間斷系數(shù)(一般可以取0.7)；若為連續(xù)用氣，則取連續(xù)用氣最大量，最后加和取整，就是壓縮空氣最大熱負(fù)荷。

考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、管網(wǎng)漏損、間斷用氣同時使用系數(shù)等綜合因素，壓縮空氣設(shè)計熱負(fù)荷=壓縮空氣最大熱負(fù)荷×1.15。

2 管徑計算

壓縮空氣管徑計算按體積流量計算：

式中：d為管道內(nèi)徑；qv為工作狀態(tài)下的體積流量(m3/h)；q0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量(m3/h)；w為工作狀態(tài)下的流速(m/s)；t為工作狀態(tài)下，介質(zhì)的溫度(℃)；p為工作狀態(tài)下，介質(zhì)的絕對壓力(MPa)。

3 空壓站設(shè)備選型

3.1 空壓機(jī)選擇

螺桿機(jī)一般流量Q≤100m3/h，最大能達(dá)到120m3/h，離心機(jī)一般流量Q＞100m3/h，最小為70m3/h。根據(jù)壓縮空氣的設(shè)計熱負(fù)荷選擇選擇不同的空壓機(jī)設(shè)備，另外留有備用。

3.2 空壓站管道系統(tǒng)及配有的設(shè)備

氧化鋁廠的壓縮空氣一般有三種：高壓用壓縮空氣：0.6MPa、40℃；低壓用壓縮空氣：0.3MPa、40℃；儀表用壓縮空氣：0.6MPa、40℃(干燥，需配干燥機(jī))。

選擇不同的空壓機(jī)，會對應(yīng)有不同的系統(tǒng)。風(fēng)冷螺桿機(jī)有壓縮空氣管道系統(tǒng)、排污管道系統(tǒng)，配儲氣罐。若為風(fēng)冷無油螺桿機(jī)，風(fēng)冷噴油螺桿機(jī)需要配有除油過濾器、除塵過濾器。水冷螺桿機(jī)有壓縮空氣管道系統(tǒng)、排污管道系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水管道系統(tǒng)，配儲氣罐。若為水冷噴油螺桿機(jī)需要配有除油過濾器、除塵過濾器。水冷離心機(jī)有壓縮空氣管道系統(tǒng)、排污管道系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水管道系統(tǒng)，配自潔式過濾器(帶有反吹氣系統(tǒng))、消音器、除塵過濾器。

3.3 空壓機(jī)及配套設(shè)備

3.3.1 螺桿機(jī)

具有螺旋形狀旋轉(zhuǎn)活塞的容積式壓縮機(jī)，其原理是在1930年提出的，當(dāng)時需要在一種變工況下大容量，穩(wěn)定流動的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。螺桿壓縮機(jī)由一對隨彼此向前推動的陰陽轉(zhuǎn)子作為主要件，陰陽螺桿與機(jī)殼之間的容積減少，基于轉(zhuǎn)子長度、排氣口和節(jié)距的形狀差異決定了一個螺桿壓縮機(jī)主機(jī)的固定內(nèi)壓縮比。當(dāng)壓縮比和目標(biāo)作業(yè)壓力相適應(yīng)時可以達(dá)到最佳的工作效率。無油螺桿機(jī)得益于其外部齒輪，可以讓一對同時進(jìn)行相對轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子保持轉(zhuǎn)速同步。由于不與機(jī)殼接觸的轉(zhuǎn)子之間相互不接觸，從而使壓縮腔中無需潤滑。噴油螺桿機(jī)的工作原理是將液體同時噴入壓縮腔和壓縮機(jī)軸承，以此達(dá)到壓縮機(jī)的冷卻和潤滑之目的。有良好潤滑作用的潤滑油作為噴液的常用液體，可以發(fā)揮以冷卻壓縮機(jī)主機(jī)為主、以降低氣體從進(jìn)氣口露回為輔的實(shí)際作用。

3.3.2 離心式空壓機(jī)

具有徑向排氣特點(diǎn)的離心式空壓機(jī)，其葉輪上的葉片呈徑向狀態(tài)分布，從中央進(jìn)入螺旋葉輪的空氣由于離心力的作用被甩向葉輪外圍。同時擴(kuò)壓器和蝸殼可以完成動力和壓力的變換，然后進(jìn)入下一個葉輪。

3.3.3 自潔式過濾器

自潔式空氣過濾器的工作原理是將空壓機(jī)入口與凈氣室出口進(jìn)行連接，利用負(fù)壓的作用將將加工空氣從大氣中吸入。經(jīng)過過濾濾筒的空氣中存在的灰塵顆?？梢栽贋V料的迎風(fēng)表面形成一層提高過濾效果的塵膜，但是也會增大氣流的阻力。電腦根據(jù)迎風(fēng)表面的阻力高限和初始阻力控制自潔系統(tǒng)進(jìn)行粉塵的清理工作。自潔式過濾器對于粒徑≥2μm的微粒其濾除效率不應(yīng)低于99.5%并且潔凈時的壓力降不應(yīng)大于500Pa[1]。

3.3.4 干燥機(jī)

加熱再生吸附式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置適用于工作壓力小于10MPa、單臺處理氣量大于20m3/min或工作壓力大于或等于10MPa、單臺處理氣量大于3m3/min的吸附式干燥裝置；冷凍式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置適用于壓縮空氣濕度等級要求不高于5級時[1]，其優(yōu)缺點(diǎn)對比如表1所示。

表1 余熱再生吸附式干燥機(jī)、微熱再生吸附式干燥機(jī)、冷凍式干燥機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對比

3.3.5 儲氣罐

用于儲存氣體同時具有穩(wěn)定系統(tǒng)壓力作用的儲氣罐一般由筒體、法蘭、封頭、密封元件接管、支座以及必要的安全裝置等零部件構(gòu)成。以罐體材質(zhì)的不同可以劃分為：碳素鋼儲氣罐、不銹鋼儲氣罐和低合金鋼儲氣罐。氧化鋁廠一般取8～10m3儲氣罐即可。

3.3.6 除油、除塵過濾器

應(yīng)在空氣干燥裝置(干燥機(jī))前后設(shè)置壓縮空氣凈化過濾器(除油、除塵過濾器)[1]。油、水、顆粒塵埃和銹是自然空氣不可避免的雜質(zhì)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)損耗同時減輕維護(hù)成本，需要對這些雜志進(jìn)行去除。除油、除塵過濾器可以有效提高壓縮空氣品質(zhì)。

3.3.7 起重設(shè)備

應(yīng)當(dāng)設(shè)置檢修用起重設(shè)備的條件為：存在額定之容積流量≥20m3/min的單臺壓縮機(jī)以及空壓站之總安裝容量≥60m3/min時，起重能力應(yīng)當(dāng)大于檢修中空壓機(jī)組中最重的起吊部件質(zhì)量[1]。

4 空壓站廠房

4.1 生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別和房間布置

空壓站的生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別：不噴油螺桿空氣壓縮機(jī)組成的空壓站為戊類；噴油螺桿空氣壓縮機(jī)或離心機(jī)組成的空壓站為丁類[1]。

空壓站靠近用氣負(fù)荷中心，考慮有擴(kuò)建的可能性，宜位于有害物質(zhì)場所全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。裝有離心空氣壓縮機(jī)的空壓站，當(dāng)單機(jī)額定功率大于或等于75kW或總臺數(shù)大于3臺時，宜為獨(dú)立建筑物[1]。

專門檢修場地的面積不宜大于一臺最大空壓機(jī)組占地和運(yùn)行所需面積[1]。

應(yīng)當(dāng)基于符合設(shè)備拆裝起吊和通風(fēng)且凈高不宜＜4m的實(shí)際需要，確定空壓站機(jī)器間屋架的梁底或下弦高度。在夏季熱但冬季冷或暖的地區(qū)同時機(jī)器之間跨度＞9m時應(yīng)當(dāng)設(shè)置天窗[1]。離心空壓機(jī)站的安全出口不應(yīng)少于2個，且必須有1個直通室外[1]。壓縮空氣站宜設(shè)隔聲值班室[1]。

4.2 設(shè)備布局與定位

空壓機(jī)宜靠外墻布置(圖1)。

儲氣罐布置在空氣壓縮機(jī)與干燥凈化裝置之間，宜置于獨(dú)立建筑物中或位于建筑物陰面的室外[1]。

圖1 空壓站設(shè)備布局

空壓機(jī)額定容積流量10≤Q<40m3/min，壓力小于10MPa的空壓機(jī)組機(jī)器間通道的凈距[1]，離心空壓機(jī)需要抽芯，因此凈距要根據(jù)設(shè)備廠家提供的資料確定。

5 其他配套專業(yè)要求

5.1 空壓站自控

控制室設(shè)計算機(jī)控制系統(tǒng)。計算機(jī)顯示測量數(shù)據(jù)如下：

壓縮空氣總管壓力(壓力：P≤1.0MPa)、壓縮空氣總管溫度(溫度：T=45℃)、壓縮空氣總管流量 (流量0～QNm3/min)，除塵過濾器前后壓差、除油過濾器前后壓差。

就地儀表：(1)干燥機(jī)進(jìn)、排氣口壓差(≤0.05MPa)；(2)其他就地測量儀表隨設(shè)備自帶。

5.2 空壓站電力

機(jī)器間設(shè)置380V和220V專用檢修電源；車間按規(guī)定設(shè)照明。

5.3 空壓站給排水

設(shè)備循環(huán)冷卻水量按照設(shè)備廠家提供的資料；衛(wèi)生間設(shè)洗手盆，拖布池；冷卻循環(huán)水水質(zhì)要求：冷卻循環(huán)水水質(zhì)應(yīng)符合GB/T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》規(guī)定。