学文网【摘 要】文章结合工程实例，介绍了压缩空气系统的设计。通过对系统的设计容量、设计压力及用气特点等进行分析，选用螺杆式空压机和离心式空压机及其配套处理进行综合比较后，说明螺杆式压缩空气压缩机在特定工程条件下的优点。最终设计选用了螺杆式空压机及配套后处理设备的方案。
【关键词】压缩空气系统； 螺杆式空压机； 离心式空压机； 设计
The compressed air system design and the equipment selection
Wei Hai-xia1，Li Yi2
（1.New Energy Nuclear Engineering Nuclear Industry Co.， Ltd Taiyuan Shanxi 030024；
2.Taiyuan Municipal Engineering Design & Research Institute Taiyuan Shanxi 030002）
【Abstract】The design of compressed air system is introduced in this paper， combined with the example of the engineering .Based on analysis of the system designing pressure and volume and the characteristics of the users .After comprehensive comparison the screw air compressor and the centrifugal air compressor and post-processing equipment， it explaines the advantage of the screw air compressor in the specific engineering conditions. Finally the screw air compressor and post-processing equipment is choosed in the compressed air system design.
【Key words】Compressed air system；Screw air compressor；Centrifugal air compressor；Design
1. 引言
压缩空气具有易储存、好控制、流动性强、安全环保等优点，已成为工业领域中应用最广泛的动力源之一。作为气动用气和仪表用气，压缩空气日益广泛的应用于各个生产领域，压缩空气的品质和供应方式的选择越来越受到关注，空压机作为提高气体压力的机械已经成为工程设计中不可缺少的设备。
2. 设计条件
2.1 工艺用气量的要求。
根据工艺提供各个阶段的生产用气负荷要求，确定合理压缩空气系统的用气量。
2.2 工艺对压缩空气品质的要求。
根据各用气点对压缩空气含油量、含水量、使用压力各不同的要求，选取合理的配套的后处理设备满足工艺要求。
3. 压缩空气系统设计
本文以兰州某工厂压缩空气站设计为例，该工程压缩空气用户点多、供气量大、品质要求也各不相同，系统采用如下流程：空压机出来的压缩空气经高效除油器、精过滤器处理后的湿压缩空气一部分直接进湿压缩储气罐供到湿压缩空气用户，一部分经无热再生干燥器、精密过滤器处理后进干压缩储气罐后供到干压缩空气用户。
3.1 系统设计容量。
压缩空气系统的设计容量以最大消耗量为依据，计算公式为
Q2=∑Qmax K'2（1+φ1+φ2+φ3）
式中 ∑Qmax——用气设备最大消耗量总和，m3/h；
K'2——同期使用系数；
φ1 ——管道漏损系数；
φ2 ——用气设备磨损系数；
φ3 ——未预见的消耗量系数；
根据工程复杂程度，综合考虑同时使用系数和地区海拔修正后的压缩空气用量，再根据确定的设计容量和用气特点，选择空压机类型。
3.2 压缩空气系统出口压力的确定。
根据工艺对压缩空气的压力设计时按用户最高压力选取以减压阀来满足其它用气点的压力要求。
4. 方案比较
4.1 该工程干湿压缩空气总用量V=370Nm3/min，根据用户的不同要求压缩空气系统设计时选用了两种方案。
（1）方案一： 选用6台螺杆式空压机及其配套后处理设备。该机每台的排气量为81Nm3/min，当地气象条件下其容积流量67.8m3/min，排气压力0.8MPa，装机功率450KW/台。考虑其用气情况和生产班次，最大用气量时5台同时工作，1台备用，可以满足用户的用气量要求。
（2）方案二：选用4台离心式空压机及其配套前处理设备、后处理设备。该机每台的排气量150Nm3/min，装机功率900KW/台。考虑其用气情况和生产班次，最大用气量时3台同时工作，1台备用，可以满足用户的用气量要求。
4.2 在大型的空压站设计中，从设备投资、运行能耗、建筑占地面积等方面对空压机的类型、大小、台数进行综合比较是非常有必要的。
5. 主要设备选型比较
5.1 优缺点比较。
螺杆式空压机和离心式空压机优缺点比较见表1。5.2 经济技术比较。
本工程选用的螺杆式空压机与离心式空压机参数比较见表2。
5.3 运行成本分析。
空压机的运行成本由三项组成：初始采购成本、能源成本、维护保养成本。该工程选用螺杆式空压机与选用离心式空压机在初投资价格、年电能耗能、维护保养成本进行了计算比较见表3。
5.4 维护保养比较。
（1）螺杆式空气压缩机的转子表面一般为特殊涂层，随着运行磨损，涂层会脱落；并且由于轴封磨损容易造成压缩空气质量的恶化，运行了一定的周期后需对空气滤清器、机油过滤器、油气分离器进行维护。
（2）离心式空压机的压缩机通常采用三级离心式压缩，运行稳定，维护工作量小，运行维护费用低，适用于长期连续稳定的运行方式，通常可达20年以上。但是由于高转速，高精密度的结构，技术含量较高，必须经过专业培训才能胜任现场的维修、定检工作。
（3）由上比较可知：选用螺杆式空压机初投资低，初次安装费用低，电能耗能稍高，但离心式空压机运行能耗低在本工程中没有体现出特别大的优势。故结合上述分析及甲方对该工程投资控制的要求，空压站的压缩空气系统的设计最终选择了方案一。
（4）综上所述，对于大型空压站的设计，空压机的选型必须进行经济技术比较。以空压机的十年使用期计算，购置成本占5%～10%，维护保养成本占5%～10%，电力消耗成本占80%～90%。由此可见，选购空压机不能只是考虑节省初投资而忽略了空压机寿命期内高昂的运行成本，也不能为了满足工艺的要求无依据的放大使用系数，而造成大马拉小车的现象发生。在运行成本相差不大的情况下，可考虑初投资低、经济适用的螺杆空压机。
6. 结语
（1）本空压站空压机台数多、设计容量大、系统复杂、工艺用户分布广，对压缩空气的品质、压力要求各不相同、设计难度较大。
（2）在设计中，通过合理选取同时使用系数确定压缩空气系统的设计容量、工作设计压力，最后确定了压缩系统的设计方案，为今后此类大型空压站设计提供了一定的参考和经验。
参考文献
[1] 《压缩空气站设计手册》-北京：机械工业出版社，1993.12.
[2] 《动力管道设计手册》 -北京：机械工业出版社，2006.1.
[3] 《压缩空气站设计规范》，GB50029-2003.
[文章编号]1006-7619（2013）10-29-918
转载请注明出处学文网 » 浅谈压缩空气系统设计及设备选型