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压缩空气系统方案与设备选型(需要综合多因素考虑)

2023-10-31

当用户提出压缩空气需求时,需要综合考虑用户需求、工艺流程、投资规模、工程条件等因素来提出选型解决方案。

(1)供气方案的确定

根据工程规模、用气点分别情况、供气压力等级以及压缩空气品质要求等因素,综合考虑经济性,一般有以下几种供气方案:

①集中供气方案。即设立专门的压缩空气站(房),这种方案主要用于中小型工厂和用气较为集中的大型工厂。对于某些种类的空气压缩机,只能适合这种供气方式。

②区域性空压站(房)供气方案。在工程规模较大,压缩空气用气量大且主要用户又较为分散时,为减少管网的压力损耗,保证重点用气点,常采用这种供气方案。各区域站房之间有管道连通,以达到相互调节负荷,互为备用的目的。

③就地供气方案。当工厂用气量不大,用气点少而分散时,可考虑用小空压机机组在用气点附近就地安置。

④集中与分散相结合方案。在某些大、中型工厂里,其主要用气点较为集中,次要用气点较为分散,特别是夜间用气较少,适宜采用这种方案。

⑤分级供气方案。当工厂需要供应不同压力的压缩空气时,而且高、低压力用气量均较大时,考虑采用不同压力等级的供气系统,配置不同压力等级的空气压缩机,尽量杜绝降压使用,造成能源浪费。同时,供气压力蕞好不要超过两种以上。

⑥集中供气局部增强方案。当工厂部分部分用气点需要供应较高品质的压缩空气时,可考虑使用高品质气源设备(如全无油空气压缩机)或后处理设备就近供气。具体采用哪些方案,应视具体用气量的大小和用气点的位置等,经综合比较后确定。

综上所述,供气方案的确定是一个需要综合考虑的问题,它涉及到用户初期的投资、生产工艺流程的管理,特别是对扩大生产而增加用气的用户,更需要结合原有的压缩空气供气系统的布置。需要提醒的是,有些种类的空气压缩机需要安装基础或空压机站(房),因此,以上方案不能一概而论,也需要考虑这些问题。

(2)用气量的确定

确定用气量有两种情况:

①新工厂、新建的压缩空气系统,相对较为简单。只需要根据用气设备要求的用气量进行计算累加即可,但需要注意区别需求压力和对压缩空气的品质要求。用气方式基本可分为连续用气、断续用气、瞬时用气三种。连续用气就是持续的用气,这种情况就是用气量的累加即可。断续用气是周期性的短时用气,气量计算方法之前课程有介绍过。瞬时用气是断续用气的极端情况,即用气间隔时间较长,单次用气量较大。通常这种需求需要配置较大的储气罐,以满足单次用气。将单次用气量平均到间隔时间即可估算出需求的压缩机容积流量值。

②新增产能后新增的压缩空气需求。这里又分两种情况,大量增加和少部分增加。前者可能是增加另几条相同的生产线,这种情况直接比照已投产生产线的用气量或按新建处理即可。后者通常是因为气压达不到要求而需要新的压缩空气系统。这主要是因为增加了部分用气设备或压缩机性能下降或用气设备因为磨损造成用气量增大。

(3)机型选择及组合

这主要涉及两部分的内容,一是气源设备(空气压缩机)的选型,第二部分是气源处理设备(后处理设备)的选型。这两部分存在一定的关联性,很多情况下是高度相关的。即气源设备的选型会影响后处理设备的选型,反之亦然。

①产品应达到的技术指标。

主要包括容积流量、压力(压力比)、功率和变工况的适用范围(动力式压缩机)、安全性等。对于空气压缩而言,不存在气体压缩安全性的问题,机型选择主要考虑的是压力(压比)是否满足需求,其次是容积流量(这里涉及到机型大小和数量的配置问题,主要考虑是通过合理的机型配置来适应不同流量需求的情况),对于动力式压缩机来说,更需要考虑负荷减少时压缩机的变工况能力。

②压缩空气品质的要求。对压缩空气品质的要求主要体现在对压缩空气含油、含尘的要求上,通常压缩空气与食品、药品、芯片、生物等有直接接触的场合,对压缩空气的品质要求较高,而不含液态水是几乎所有压缩空气的通用品质要求。

在一些后处理设备中,有些设备是需要消耗一定量的压缩空气的,如吸附式干燥机。在选择这些后处理时,要注意在确定气量时应包含这些损耗。

③效率(能效)和经济性。

压缩空气系统的初始投资在设备的全寿命周期仅占很小一部分,约70%都是能源消耗。因此压缩机的效率对于投资成本至关重要。对于容积式空气压缩机有国家标准GB19153-2019《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》的规定。其中包含了常见功率段的活塞式、单螺杆式、双螺杆式、滑片式等容积式空气压缩机。

能效等级的判定依据是比功率,单位kW/(m3/min)(千瓦分每立方米),值越小表明能效越好。根据比功率值分为一、二、三级能效等级,一级为蕞优的能效等级。

需要特别注意的是,除了空气压缩机本身的能源效率水平外,合理的机型配置,后处理设备的选择、管道的配置以及运行方式都会影响整体压缩空气系统的能源效率水平。

④不同机型的组合配置。

对于新增需求的机型选型,要特别考虑与现有机型的配合,要从全厂压缩空气系统的整体层面考虑。必要的情况下,对原系统进行改造升级更是一种对用户负责的态度。在与原有空气压缩机安装在一个站(房)时,应注意往复式空气压缩机的气流脉冲问题,往复式压缩机出口管路应安装止回阀,在经过缓冲罐后才与其它压缩机管路并联。如仍沿用原压缩空气管道,应注意管径是否足够。同理,电源负荷也是需要考虑的因素,且站(房)低压开关柜中空开应与压缩机设备一一对应,不允许共用。

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