有色冶炼厂空压机站设计要点浅析

高俊飞

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

某有色冶炼项目原料输送及设备、仪表控制等均需使用压缩空气，因此在厂区内设置了空压机站。本文结合该空压机站的设计及生产实践，对设计中的相关参数及主要控制因素进行探讨和分析。

1 压缩空气消耗量计算

压缩空气消耗量以满足项目生产用气的总量为前提。通常压缩空气负荷计算资料应包括：每班用气设备的名称、规格及数量；小时最大耗气量、平均耗气量；供气压力要求(一般指用气设备的最高压力与最低压力)；压缩空气品质要求，如允许含油量、含水量、含尘量等；用户对供气的可靠性要求，如是否允许间断供气等；工厂的近期和远期发展规划等。

有色冶炼厂压缩空气的使用点较多，其中有连续使用点，亦有间断使用点，负荷波动较大，该设计项目对压缩空气的需求亦具有此类特性，详见表1。

表1 压缩空气需求一览表

注：表中无油气以及仪表用气品质要求含油≤1 ppm，含尘≤1 mg/m3。

压缩空气消耗量计算目前有多种方法，应了解不同用气点使用的规律性，根据《重有色金属冶炼设计手册》中的算法计算，主要参考以下几种。

1)以最大消耗量为基础的设计消耗量Q1。

Q1=∑QmaxK1K2(1+ψ1+ψ2+ψ3)

(1)

式中：Q1为设计压缩空气消耗量，m3/min；∑Qmax为各用气点同时最大耗气量总和，m3/min；K1为同时使用压缩空气系数，此系数与用气点数量和用气规律有关，单个用气点为1.0,用气点数量增加，K1值减小；K2为高原修正系数，见表2；ψ1为管道系统漏损系数，见表3；ψ2为风动工具磨损增耗系数，0.15～0.20；ψ3为设计中未预见的消耗系数，0.1。

2)以理论平均消耗量为基础的设计消耗量Q2。

Q2=∑Q0K1K2(1+ψ1+ψ2+ψ3)

(2)

式中：∑Q0表示各用气点的理论平均耗气量总和，m3/min；其他符号的意义与式(1)相同。

3)以最大消耗量和理论平均消耗量为基础的设计消耗量Q3。

(3)

式中：∑Qmax表示各主要用气点同时最大耗气量总和，m3/min；∑Q＇0表示其余各用气点的理论平均耗气量总和，m3/min；其他符号的意义与式(1)、式(2)相同。

4)连续负荷的设计消耗量Q4。

Q4=∑Q(1+ψ1+ψ3)

(4)

式中：∑Q表示用气点连续工作时的压缩空气消耗量，m3/min；其他符号的意义与式(3)相同。

根据本项目压缩空气的使用特点，参考式(2)计算压缩空气消耗量，结合项目具体情况,K1取值0.95,K2取值1.0,ψ1取值0.15,ψ2取值0，ψ3取值0.1，可得无油气以及仪表用气总耗气量，见式(5)。普通气总耗气量(ψ2取值0.15)见式(6)。

Q2=(5+5+60+5+20)×0.95×1(1+0.15+0+0.1)≈113 m3/min

(5)

Q2=(15+150+10+5)×0.95×1(1+0.15+0.15+0.1)≈240 m3/min

(6)

表2 高原修正系数(计算值)

表3 管道系统漏损系数ψ1

2 空压机及机组的选择

常用空气压缩机有活塞式、螺杆式、离心式(透平式)和膜式。按工作原理可分为容积型、速度型；按结构形式可分为往复式、回转式和离心式。表4为常用空压机的分类及主要优缺点比较。

表4 常用空压机的分类及主要优缺点

根据压缩空气耗气量及使用特点，同时兼顾空压机机型规格，本项目最终设备配置见表5。

表5 空压机及后处理设备配置一览表

3 压缩空气储气罐的选择

储气罐的合理配置能起到稳定压缩空气管道系统中压力，进一步分离空气中的水分和带入的杂质的作用。储气罐上必须装设安全阀，同时，储气罐与供气总管之间应装设切断阀。储气罐的选择可参照经验公式(5)确定。

Vc=KV

(5)

式中：Vc为储气罐容积，m3；V为空压机的排气量，m3/min；K为经验系数，参照表6选取。

表6 储气罐选用经验系数k

4 工艺配置原则

空压机站配置原则如下所述。

1)空压机站通常单独建站，一般由机器间和辅助间组成。辅助间总面积一般为及机器间面积的15%～20%，为便于扩建，辅助间一般布置在机器间一端。

2)压缩空气站机器间内噪声大，温度高，值班室应采取隔声处理。

3)站址应选择在空气清洁，通风良好之处。与易产生灰尘，散发腐蚀性气体等场所及烟囱等保持一定距离，并应位于主导风向上方。

4)空压机机组在运转过程中会散发出一定的热量，应尽量利用自然通风条件，避免站内温度增高。

5)空压机站内，各空压机之间至少应保持宽约1.5 m的通道，空压机的外缘与墙、柱间的距离至少不应小于1.0 m。

6)同类规格尺寸螺杆机机型相邻布置,便于生产管理。

7) 机器间内空气压缩机组宜单排布置，当机组台数在6台以上，可考虑双排布置。

8)储气罐应布置在室外，原则上宜位于建筑物的阴面，具体项目上应综合考虑压缩空气用气方向。立式储气罐与机器间外墙的净距，以不影响采光、通风为原则，一般不应小于1 m。

9)压缩空气站内应设置排水地沟，并应铺设盖板。

10)压缩空气站是工厂噪声源之一，需通过压缩机本体加装罩体、管道上加装消音器或防喘振调节阀、建筑物内墙面采取加装穿孔板吸声或矿棉吸音板等措施进行降噪处理。压缩空气站周边有噪声防护要求的场所或建筑需按规范保持一定的间距。

本项目空压机站工艺配置充分考虑了工艺配置原则及设备选型的结果，要求布置合理，检修便捷，并依据厂区地形进行了优化。空压机站工艺配置详见图1。

图1 空压机站工艺配置图

5 结论

空压机站的设计核心是正确计算压缩空气耗气量，并把握耗气量的波动性，才能合理地进行空压机设备的选型。空压机站的工艺布置除满足其特殊性要求外，还应满足距各用气点的距离适宜，满足管道走向的经济性。另外，空压机站的设计还要便于现场的生产管理以及设备日常的巡检维护。

为了实现空压机站设备使用寿命最大化，维检工作减量化，值班人员舒适化等既定目标，从设计源头把关，着眼于细节，才能保证空压机站在安全环境下稳定运行。