压缩空气站的设计与选择建议.doc

                   压缩空气站的设计与选择建议
1, 应充分地考虑现有的场地条件和环境保护要求,对新建.改建.扩建的空压机站和压缩空气
  管道进行设计;
2, 设计参考原则:
a.       尽可能地靠近负起中心或用气设备附近;
b.       供电,供水方便合理;
c.       符合环境保护要求;
d.       适应企业发展需要,有扩建的可能性;
e.       尽可能地选择全性能机型(即压缩机与压缩空气干燥器组合机),根据不同生产部门的用气量选择配套,替代压缩空气站集中供气,减少能耗损失,降低管道露点腐蚀污染源的再生,确保气源供气质量稳定可靠。
f.        设备维护保养和检修方便；
g.       最高环境温度不宜超过40`C；
h.       设置压缩机房时其通风与排气口设置合理，当机组停用时应保持无冰冻。
i.         根据压缩机所在环境的尘埃条件，空气压缩机的吸气系统，必须 设置相应有效的预过滤装置 ；
j.         压缩机站的设计参考GBJ29—90 <压缩空气站设计规范》中的有关条款要求实施；
3．有关计算：
A.      压缩空气储罐气容积C的确定：( 压缩机直接充注储气罐 )
C = Fv * Vk * Pl * Tb / F * ^P *Tl
式中：
C = 储气罐容积，（升）
Fv = 消耗相关系数；最大为0.25 (当Vv : Vk = 0.5时)
Vv = 压缩空气消耗量,(升 / 秒)
Vk = 压缩机供气量,(升 / 秒)
P1 = 吸气压力,(巴)
Tb = 储气罐温度,( ‘K )
F = 循环频度= 1 / 60秒至1 / 20秒;
^P= 压力开关上的压力差,( 巴 )
T1= 吸气温度,( ‘ K )
B.      若考虑停电后须维持用气时间而选择储气罐容积时按下式确定:
C = T * Q / 0.938 * ^P
式中:
C = 储气罐容积,( m 3 )
T = 维持用气时间,( min )
Q = 最大耗气量,( m 3 / min )
^P = 允许最大压力差,( bar )
C.      压缩机空气出口主管道的确定:
D = // ( 450 * L * V 1.05 / P * ^p )
式中:
D =  管道内径,( mm )
//----为开平方符号;
L = 管道总长度,( m )
V = 流量, ( 升 / 秒钟)   
1.05 为指数;
P = 绝对工作压力, ( 巴 )
^p =  压力降, ( 0.1~0.2 巴 )
D.     压缩机组所需的冷却通风量计算:
U = Q / Cp * T
式中:
U = 冷却风量, ( m 3 / s )
Q = 需导出的热量, ( k J / s )
Cp = 1.3 k J / m 3 * K
T = 温升, ( K )
E.      通风的基本要求:
1.       使全部风管尽可能短,并采用直管连接。
2.       使输入和输出风管截面直径等于风机的外径以保持最小摩擦损失。
3.       从房间排出的空气量不能大于输入的空气量,吸力均匀的进风口的位置和尺寸往往与排风系统的设计一样重要。
4.       通风功率计算：
W = 0.16 * U * H / 1000     ( 马力 )
式中：
W = 风扇电机功率，（ 马力 ）
U = 冷却风量，（英尺3 / 分 ）
H = 压头（英寸水柱），即系统阻力；
F.      使室内空气污浊的时间经验计算：( 即安全办公空间计算方法 )
按体积计算，空气中氧气含量低于12%，或二氧化碳含量大于5%，都被认为对人体有危险。下面带有一安全系数的公式常用以确定二氧化碳含量累积至3%需要的时间.
T = 0.04 * V / R
式中；
T = 使空气污浊的时间，（ 小时 ）
V = 房间净容积，（ 英尺3 ）（房间总容积减去设备等所占的体积）
R = 使用房间的人数。
该公式只考虑使用者活动量为最小的条件，并假定没有产生工业烟雾。
也可作为房间内的简易测量二氧化碳含量的方法；（用于控制室的设计参考）
G.     空调室的通风排气量可按比例12 m 3 / 小时*人的标准计算;
H.      每个人在静止状态时每小时的平均总热量为400英热单位 / 小时( 约101 千卡 ),工作状态时,着衣情况下每人的热负荷增加25 % ；
I.        电动机增加热负荷478 千卡 / 小时 * 千瓦；（2546 英热单位 / 小时 * 马力 ）
[ 即 478 * 4.17 / 3600 = 0.55 k J / s ]
4.  经验参数及规则:
   1 )确定压缩机所需工作压力时,应考虑到:
   a )要符合实际情况确定规格,努力做到敷设的压缩机组管网压力降为0.1巴;
   b )连接冷冻式压缩空气干燥器时最大压力降为5 %进气压力( 7巴时;压力降为0.35巴 )
   c )连接吸附式压缩空气干燥器时最大压力降为3 %进气压力( 7巴时;压力降为0.21巴 )
   d )压缩机的压力开关( 或压力控制器 )的压差,即压缩机加载与空载之间的压差 。
一般为：0.5 ~ 1.5 巴 ( 平均值: 0.8 巴 )
   e )将这些压力降全部加在一起,它比所需的用气设备压力高约1.5巴。     
   f. )其它管道附件与阀门及过滤器等的压力降，可用其相当的管长来表示和计算；
   g )当工作压力低于7巴时，压缩空气通过管网的压力降应不超过工作压力的15 %；
   h )管道的经济流速：压缩空气管道为5 ~ 10 米 / 秒；油管为0.5 ~ 1.0 米 / 秒;自来水管
为1 ~ 10 米 / 秒;     
   i.)压缩机组的主管道应管径相同,主管道的压力降应限制在0.01 ~ 0.04巴(储气灌,干燥器等压力降另加 );
   j )用于分配管与用气设备的连接管道,其压力降应不超过0.03巴。
   k.)管道最好以2 %至5 %的斜度布设，斜度方向与气流方向相同，以便可能产生的冷凝
水流往最低处（使用压缩空气干燥器后就不需加斜度）。
   l.) 软管的长度不宜超过3 至5米。波纹管的压力降无论如何总大于直形管，所以应选
择较大的截面。
4．压缩机压力开关的调整
    根据以下数据确定:
---用气设备所需的工作压力 P1; （压缩机组的额定工作压力应大于卸载压力）
---管网的总压力降  ^ p1;
---接干燥器的压力降 ^ p2;
---压力开关上的压差调整量 ^ p3
据此,得到压力开关调整值如下:
卸载压力 = P1 + ^ p1 + ^ p2 + ^ p3    ( 上限值 )
加载压力 = P1 + ^ p1 + ^ p2          ( 下限值 )
 5.  压缩机使用运行中压力开关的启闭循环频度( 全负荷 / 空转转换 )应小于2次/ 分钟,
     最好为0.5 次 / 分钟。频度提高会引起某些压缩部件及电器设备不必要的损坏或失控
 6． 选压缩机时，所选型号的气量Vm应高于平均或总用气量Vz ,所高出的部分，用于充
     注储气灌，该部分应为总用气量Vz 的15 %左右。如果压缩机规格气量核算过紧，即
使设备始终全负荷运行，所需的管网压力很难维持平稳状态。
 7． 举例计算:
A.      选择储气罐C;  ( 已知条件如下: )
压缩机气量 Vk = 167  l / s.  (Vk = 10 m 3 / min )
压缩空气用量 Vv = 141.7  l / s.  ( Vv = 8.5 m 3 / min )
储气罐的温度 Pb = 311’K.   ( Pb = 38’C )
循环频度过F = 1 / 60s.     
压力开关压差 ^ p = 0.8 bar.
吸气压力 P1 = 1 bar.
吸气温度 T1 =293’K.   ( T1 = 20’C )
         C = 0.25 * 167 * 1 * 311 / (1/60) * 0.8 * 293 = 3323.6  l / s  ( 选C—4 储罐 )
B.      考虑停电后须维持用气时间而选择储气罐C;  ( 已知条件如下 )
需要维持用气时间  T = 15 min.
最大耗气量 Q = 1.5 m 3 / min.
允许最大压差 ^ p = 2 bar.
C = T * Q / 0.938 * ^ p = 15 * 1.5 / 0.938 * 2 = 12 m 3     ( 选C—12 储气罐 )
         ( 上式用于电厂气动控制核算用 )
C.      用充气法测量空压机的排气量; ( 参见GB 3853—83 标准的附录A )
前提条件：在温度20 C时，吸气压力01Mpa (绝压),相对湿度为0 C,以充0.1 m 3 储
气容积为基准,提供如下简便的计算公式:
对于排气压力为0.7 Mpa 的空压机按下式计算;
T7 = 0.6345 / Qp    (工作压力为0.7 Mpa )
式中:
T7 = 充气时间, min
Qp = 空压机的额定排气量, m 3 / min
对于排气压力为1.0 Mpa 的空压机按下式计算;
T10 = 0.9087 / Qp    (工作压力为1.0 Mpa )
1.应用举例：有一台空压机，铭牌标示排气量为0.63 m3 / min,排气压力为0.7 Mpa,
储气罐标牌标示容积为0.12 m 3;
将Qp = 0.63 m 3 / min代入得
T7 = 0.6345 / 0.63 = 0.1007 (min)
即充满0.1m 3 气罐用时间为1.007 min ,那么,充满0.12 m 3气罐所用的时间
为;     T7 =0.12*1.007 / 0.1 = 1.21 ( min )
开启空压机,关闭供气阀给储气罐充气并计时。当压力表的压力达到0.7 Mpa
时,计时结束。如果计时器上所示计时时间等于或小于1.21 min ,说明此空压
机的排气量等于或大于0.63 m 3 / min ,空压机排气量达到要求。
（当吸气温度为40 ‘C时，计算的误差约6 % 左右，所以按上式计算可估
算出空压机实际运行的排气量; (仅作为参考或判断的依据）
         2.核算举例：有一台空压机，标牌上排气压力为1.0 Mpa ,机组配备储气罐容积为;
4 m 3,关闭供气阀，开启压缩机，充压至1.0 Mpa ,用时1.8 min ;试核对其排
气量为多少:
充满0.1 m 3耗时应为;  T10 = 1.8 * 0.1 / 4 = 0.045 (min)
代入公式得;     Qp = 0.9087 / 0.045 = 20.19 ( m 3 / min )
故该机的额定排气量约为20 m 3 / min 左右。（一般相差约10 % ）
          3．也可以按标准中的合格品的比功率（kw / m 3 /min）指标除以实际公功率，
             即可得到其排气量参数（ 公称值班），这是最低水平要求；
如：JB / T 53056—92 [一般用噴油螺杆空气压缩机产品质量分等]规定：
驱动电动机为22~45kw ,排气压力为0.7 Mpa ,其合格品比公率为;
水冷式为:6.6 kw / m3 / min    风冷式为:7.0 kw / m3 / min
即45 kw的排起量为: 45 kw / 6.6kw / m3 /min = 6.8 m3 / min  ( 水冷式 )
                   45kw / 7.0 kw / m3 / min = 6.4 m3 / min  ( 风冷式 )
(这是行业标准规定的合格品要求,为最低水平的指标要求,其它如此类推 )
同时,标准规定22~45kw ,排气压力为0.7Mpa ,其优等品比公率为;
水冷式为: 6.15 kw / m3 / min   风冷式为: 6.5 kw / m3 / min
即45 kw的排气量为: 45 kw / 6.15 kw / m3 /min = 7.32 m3 / min  (水冷式)
                   45 kw / 6.5 kw / m 3 / min = 6.92 m3 / min  (风冷式)
( 优等品排气量与合格品排气量相差为0.52 m3 / min )
4.       JB / T 53056—92 [ 一般用喷油螺杆空气压缩机产品质量分等 ]规定:
螺杆空压机潤滑油消耗量的质量分等; ( 并不等于气体含油量 )
合格品为, 50 mg / m 3.  一等品为; 40 mg / m 3.  优等品为,30 mg / m3
按合格品指标计算得出:
a )每日耗油量 = (50mg / m3 * 60min * 24 h * Vk / 1000 = 72 * Vk
  如排气量Vk = 10 m 3 / min.则为: 72 * 10 = 720 g = 0.72 kg
( 按此计算结果可确定润滑油的加油量及加油时间表 )
  8.  压缩空气储气罐的作用;
   ----平衡气流脉冲与压力;
   ----存储压缩空气;
   ----分离冷凝水;
一个管网系数中如有多台压缩机时,则以其中最大一台机组的流量计算确定储气罐
的容积; ( 前提: 这些压缩机的压力开关调定值,逐台下降方式调整。)
为了使储气罐内的冷凝水有效分离，储气罐宜安装在室外，并尽可能在荫蔽处；
储气罐的冷凝水流经部件，冬季应防冰冻。
  9． 储气罐的安装位置的确定要考虑压力降或系统控制的影响而进行压力控制调整；
      （应避免混淆管网出口压力即压缩机工作压力的错觉，即压缩机组的工作压力总是大
        于管网上各通道的压力。）