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压缩空气管网
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2021/5/29 8:44:27 阅读:241次 【字体:
 

压缩空气管网配置
1 、概述
设计选型不当的压缩空气供气系统会产生不必要的能耗、降低生产力和压缩空气性能。供气系统的优劣可从以下三个方面考量:
从空压机出口到最终用气点的压损要足够的小
供气系统的漏点要少
如果系统没有干燥机,供气系统是否具有高效的冷凝水分离功能
这三个基本准则适用于供气系统的主管道设计和为未来扩产预留的管道设计。为未来需求而设计先适用较大尺寸的管道,虽然现在看来初始投资会高一些,但与未来扩产因管道太小全部重建供气管道系统所要花费的成相比,一开始就选择较大尺寸的管道的成本要低的多。供气管网的布置、设计和尺寸选择对空气系统的效率、可靠性和压缩空气的整体能耗都有非常大的影响。比如说,有时候我们必须通过提高空压机的供气压力以弥补因较大的管道压损造成的终端压力不足,从压缩空气的系统能耗来说,这是非常不经济的设计。此外,当用气需求降低的时候管道系统的压损也会随之降低,从而在终端用气点的压力却不断上升甚至达到用气压力限值。
一般来说压缩空气的管网设计要达到从空压机出口到最远端的用气点之间的压损不超过0.1 bar。这0.1bar的压损包括管网间连接管路、管接头和其它管路连接件产生的压损。
当供气系统有若干台压缩机组成的时候,储气罐的大小需要基于排量最大的压缩机排量进行选型。
这些管路辅件的尺寸选择对整个管网压损有非常大的影响,因为通常系统压损大正是因为辅件选型不当而导致的。
下面这个公式可以用于计算供气管网系统在指定允许压损时管路最长尺寸:
l = 管网系统总体管路长度 (m); ∆p = 管网系统指定允许的压损 (bar); p = 进气压力(绝压 (bar(a)); qc = 空压机自由排气流量 (l/s); d = 管网管道直径 (mm)
供气管网最好采用围绕终端用气点的闭式环形管网设计,然后通过供气支管从环形主管道送往各个用气点。这样的设计实现了单一供气的目的,同时避免了严重的间歇性用气问题,因为气源可以同时从两个方向向用气点供气。除了最大用气点位于离空压机最远的情况,所有供气系统都应该采用此设计。当上述情况出现时,应该用独立的供气管道向最远端的最大用气点供气。
2、 储气罐选型
通常一个供气系统都有一个或多个储气罐。储气罐的大小是要匹配空压机的气量大小、控制方式和终端用气需求的。储气罐具有多重功能:如缓冲罐(平衡来自压缩机的脉动)、冷却压缩空气和除去压缩空气中的冷凝水等。所以储气罐必须配置冷凝水排放装置。下面这个公式可以用于储气罐大小的计算和选型,但该公式仅适用于带有加卸载控制功能的空压机系统:
V = 储气罐容积 (l); qC = 压缩机 FAD (l/s); p1 = 压缩机进气压力 (bar(a)); T1 = 压缩机最大进气温度 (K); T0 = 储气罐中压缩空气温度 (K); (pU -pL) = 加载与卸载之间的设定压力差; fmax = 最大负载频率 (1循环/30秒应用于阿特拉斯·科普柯压缩机)
对于带有可变速度控制(VSD)的压缩机而言,所需的储气罐容积会大大减少。当使用上述公式时,qc应视最低速度时的FAD。有一种极端应用是在很短的时间内需要大量的压缩空气,这种极端应用模式通过压缩机的选择或许还有一种更极端的应用场景,在极短的时间能需要使用大量压缩空气,但是每次用气的间隔周期非常长。这种情况下用一个较小的压缩机、但有较高的排气压力,再配置一个储气罐,这样的配置组合非常适合这样的极端应用场景。下面这个公式可用于这种场景的储气罐选型计算:
V = 储气罐容积 (l); q = 泄空阶段空气流速 (l/s); t = 泄空阶段时间 (s); p1 = 网络中额定工作压力 (bar); p2 = 消费者运行中的最小压力 (bar); L = 充盈期空气需求(1/工作周期)
该公式没有考虑压缩机在排空阶段也能提供压缩空气。这种应用最有代表性的是大型船舶发动机启动用压缩空气,这种应用中储气罐的充气压力是30 bar。
3、压缩空气管网设计
当设计与确定压缩空气网络时,首先需要有管网及用气系统的设备列表,所有用气设备,和一张标明了各用气点位置的布局图。用气点可以按照一定的逻辑进行分类编组并由同一供气支管供气。当然一个供气主管路为每个供气支管供气。一个完整的压缩空气管网有四个主要部分:
供气主管
供气支管
设备连接管
管道配件
供气主管把压缩空气从压缩机房输送到用气区域领域。供气支管是将主管内的空气引到用气区域,设备连接管将支管与用气设备连接起来。
4、 管网管道选型
因为压缩空气输送过程中空气与管壁的摩擦而产生压力损失,所以空压机的出口压力与终端用气压力不等同。此外,输送管网中的阀门和弯头会造成压缩空气的节流效应和和流向的变化而产生压力损失。由此产生的压力损失会转化为热量,将其转化为直管的压降可以用以下公式进行计算:
Δp = 压降 (bar);qc = 空气流量, FAD (l/s);d = 管道内径 (mm);l = 管道长度 (m);p = 初始压力(绝压) bar(a)
在计算压缩空气网络的不同管路的压损时,下表的值可作为允许的压降的参考值:
图片
管网的不同区块所需的管道长度(供气主管、支管、连接管)如何确定呢?设计供气管管网的比例图就是很好的办法。其中管网中的阀门、弯管、连接处等的等效长度可用下表进行折算。
不同管件产生的压力损失可以通过折算成等效直管长度(米)进行计算。
除了上述公式外,也可以使用列线图(见下图)来匹配最合适的管径进行管网管路总长的计算。其中流量、压力、允许压降和管道长度是使用列线图的必要数据。然后为安装要选择最接近、最大直径的标准管道。
对管网中各个配件和管道组件折算为等效直管长度,然后将对应的管路损失折算为直管中的压力损失。将这些“额外”的管道长度增加到初始直管的长度中,然后通过管网允许压损再反算管网所需的管道尺寸。在大型的管网中,管网中各个区块的管道(供气主管、支管、连接管)应该单独计算。
5、流量测量
有策略性地将流量计安装在公司内部管网中经济的和转换性的节点上。压缩空气是一种生产工具,它是公司内各个部门产品成本的一部分。从这个角度看,所有部门都要试图去减少消耗以让所有部门都能受益。
现在在市场上可以买到的流量计,所有数值都可以人工读取,测量数据也可以读取到电脑或转换模块中。
流量计一般安装靠近截止阀的位置。在环形供气管网中测量流量需要特别注意,流量计需要能够同时测量来自正向和反向两个方向的流量。

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