空压站中仪用空气工艺系统优化设计及其经济意义

摘要:文章阐述了空压站设计中仪用空气工艺系统的设备选型、设备布置、站区内管道布置、管道材料选择等特点及经济意义,以期为同类型站房的设计和技术改造提供参考。

关键词:仪用空气(仪表风);空压站;工艺;设计;经济

一、前言

项目投资控制的重点在于施工前的投资决策和设计阶段,而在项目做出投资决策后,控制项目投资的关键就在于设计。据了解:西方一些国家分析、设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下,但正是这少于1%的费用却基本上决定了几乎全部随后的费用。由此可见,设计对整个建设工程的效益是何等重要。

仪用空气是为化工装置提供工厂仪表用空气而设置的,作为全厂性公用工程部分,几乎所有的工厂都有空压站。而空压站的建设除了涉及工艺专业本身的设备选型及管道布置外,还涉及到土建、结构、水、暖、电、仪表等专业的设计及施工。因此,空压站仪用空气工艺系统设计的优化对整个项目的成本核算和以后工厂的生产都有着重要的实际意义。

二、工艺系统设计

(一)设备选型

仪表空气的质量要求按照行业标准《仪表供气设计规定》(HG20510-92)规定如下:露点——供气系统气源操作压力下的露点,应比工作环境历史上当地年(季)极端最低温度至少低10℃;尘粒——经净化装置,在过滤器出口处,要求仪表空气中含尘粒径不应大于3μm;油份——气源装置送出的仪表空气中,其油份含量与应小于10mg/m3,8ppm(质量分数)以下。介于以上要求,一般情况下,空压站仪表空气工艺流程图如图1所示。

1、空压机。空压机的类型分为螺杆式(风冷、水冷)、离心式(风冷、水冷)、往复式(风冷、水冷)三种。近年来,由于螺杆空气压缩机制造技术的进步,其噪音和效率问题得到了解决,噪声比活塞空气压缩机要低,效率接近活塞空气压缩机。同时,由于其集约化程度高、结构紧密、基础简单、减震效果好、自动化程度高,同时也为装有这种机型的站房与其他建筑物毗连或设在其内的提供了有利条件,因而得到优先选用。

空压机的设备参数是由排气量及排气压力组成的。空压站设计的关键在于合理考虑用气量和用气压力。若设计消耗量过小,就会因气量不足影响生产,甚至造成设计失败;若设计消耗气量过大,就会造成设备,电力能源,管材等的浪费。因此,设计中,排气量及排气压力的计算直接决定设备选型,是设计成败的关键。

排气量的确定,除考虑厂区各用气点总用气量外,还应考虑生产发展、漏气因素、选用干燥设备是否耗气及耗气量等因素。

排气压力的确定,除考虑气动仪表压力外,还应考虑设备及管道阻力降。一般情况下,工厂空气的供气压力依工艺要求而定,气动仪表可选用的极限压力范围分为:0.5MPa-0.8MPa(表);0.3MPa-0.5MPa(表)。其中上限值为气源装置正常标准条件下的送出压力,下限值指仪表或气动装置维护正常工作时,气源装置的最低供气压力。

依据以上排气量和排气压力即可选出相应的空压机设备型号。

2、缓冲罐和储气罐。活塞式空气压缩机后宜设缓冲罐,各空压机不宜共用缓冲罐。螺杆和离心空气压缩机可不设缓冲罐,但考虑到缓冲罐可稳定气压,减少气体对设备的脉冲,建议与压缩机配套使用。仪表空气系统应设储气罐,储气罐的储存时间选用如下:有完善自动保护设计的大型装置为10min-15min;无完善自动保护设计的大型装置为15min-20min;中小型生产装置为5min-10min。

当要求有更长的储存时间时,可考虑设置增压储存系统。

另外,为保证缓冲罐和储气罐的安全操作,应在罐上部装设安全阀和压力表,用以泄压防爆。为使缓冲罐和储气罐内积水能顺利排除,罐底应设排污阀,在寒冷地区,排污管应设有可靠的防冻措施。

3、干燥器。仪表空气系统对空气中水分含量要求较高,因此,应在空气缓冲罐后设置空气干燥器,其总能力应与向干燥器供气的空压机总排气量相适应。

通常,仪表空气系统采用无热再生或加热再生吸附式干燥器,露点要求不高的供气系统可采用冷冻式干燥器。采用吸附式干燥器时,宜选用无油润滑空压机。当采用有油润滑空压机时,必须在干燥器前加设高效除油器。进入吸附式干燥器的压缩机温度不得超过40℃。

4、空气过滤器。为防止灰尘、铁锈等杂质进入系统,影响仪表精确度及灵敏度,仪表空气在进入储气罐前应通过过滤器进行过滤,过滤器型号应与压缩机的排气量及排气压力相适应。

(二)设备布置

空压站内设备布置应遵循《压缩空气站设计规范》(GB50029-2003)的有关规定,站内空压机的机组型号不宜超过2种。活塞空气压缩机和螺杆空气压缩机的台数以3台-6台为宜;离心空压机组的台数以2台-5台为宜。空压机宜布置在室内通风良好的位置,同时要考虑与墙及其他设备的安装、检修间距及操作距离;有条件的地方,缓冲罐宜与储气罐一起布置在室外。储气罐与墙之间净距的确定原则是不影响通风和采光。其下限净距1.0m是基于储气罐与墙基础不应相互干扰且安装、检修需要最小距离而确定的。

(三)管道设计

1、管道。空压站的吸气管适宜每台独立设置,吸气口高度视周围空气的清洁程度和用户对空气的质量要求而定。对于独立设置的单层空压站厂房,进气口应高于厂房屋面,在吸气口应设有防雨罩和铁丝网,以防止雨滴和杂物进入管内。单机能力≤10Nm3/min的空压机,室内空气清洁时,可不设吸气管,直接从室内取气。为减少吸气阻力,避免管道震动,应尽量缩短吸气管水平长度,少拐弯。

空压机的排气管应考虑热补偿,除与设备管口连接处采用法兰连接外,其他地方均采用焊接连接。管道布置在不影响检修及操作的前提下,避免冗长,力求美观合理,操作检修方便。

2、阀门。系统管道应根据操作及开停车要求设置切断阀。公称直径大于50mm时,宜采用闸阀;公称直径小于50mm时,宜采用球阀或截止阀。

活塞空气压缩机与储气罐之间,应装止回阀。在压缩机与止回阀之间,应设放空管,放空管应设消声器;活塞空气压缩机与储气罐之间,不应装切断阀,当需装设时,在压缩机与切断阀之间,必须装设安全阀。

离心空气压缩机的排气管上,应装止回阀和切断阀,压缩机与止回阀之间,必须设置放空管,放空管上应装防喘振调节阀和消声器。

3、管材。管道设计压力为操作压力的1.1倍,管道压力等级根据管道设计压力而定。考虑到阻力损失,系统供气主管道中压缩空气的流速V=8-12m/s,管径可由下式确定:

公式①中,d——管内径单位:m;Q——供气主管道压缩空气体积流量单位:m3/min。

对于仪表用空气,管道材质根据用户及工艺要求可选用镀锌钢管、不锈钢管或铜管;阀门及管件与管道材质及等级相一致。

三、结论

在设计工作中,工艺方案决定整个项目的设计及施工,工艺专业所选择的设备及管材(管道、管件及阀门)对土建、结构、水、暖、电、仪表等各专业的设计都起着指导性的作用。因此,仪用空气工艺系统优化设计对节约成本有着重要意义。

参考文献:

1、中国建设监理协会.全国监理工程师培训考试教材:建设工程投资控制[M].知识产权出版社,2008.

2、中国华泰工程公司.仪表供气设计规定(HG20510-2000)[S].2001-06-01.

3、中华机械工业联合会.压缩空气站设计规范(GB50029-2003)[M].中国计划出版社,2003.

(作者单位:辽宁省石油化工规划设计院工艺室)

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