選型理念
壓縮空氣系統的目的是將壓縮空氣輸送到使用地點。任何壓縮空氣系統都必須能實現控制、調節功能,並確保提供滿足使用要求的一定壓力和純度的適量的壓縮空氣。設計選型時還必須納入一定的安全係數,以適應在極端使用工況時造成的額外壓力下降。
設計不良的壓縮空氣系統會增加能耗,加劇設備故障,降低生產效率,並導致系統維護成本升高,極端情況甚至無法實現預期的功能而導致大幅度的整改。為改善壓縮空氣系統性能而花費的任何額外費用都是值得的,而且通常可在系統的使用壽命周期內的潛在收益可達數倍的投入成本。
系統設計順序
1.定位和識別使用壓縮空氣的每個流程,工作站或設備等。
2. 確定每個工位所需的壓縮空氣量。
3. 確定每個位置要求的壓力範圍。
4.確定每個工位壓縮空氣的調節要求(壓力、純度、露點等)。
5.確定在特定時間段(工作周期)內使用壓縮空氣的工作過程的實際使用時間。
6.確定每個支管、主管及整個系統可能同時使用的最大設備數量(使用係數)。
7.確定系統允許洩漏量。
8.確定將來系統擴展的容差。
9.進行初步的管道布置並初步分配壓降。
10.選擇空壓機的類型、調節設備和進氣口的位置,系統和空壓機均使用一致的流量來確定(SCFM或ACFM)。
11.完成最終的管道布置並確定管道尺寸。
管路設計要點
平面圖上的管道和設備布局應合理,並檢查操作空間、幹涉以及設備壓降。通常可以用壓縮空氣管路選型表確定管路尺寸,但這需要找到從空壓機(空氣瓶)到管道系統最遠點的等效長度。這樣做是因為各種壓縮空氣管道選型表其實都是基於給定長度的管道(如100m)按許用阻力損失製作的,設計時建議可採用如下步驟:
首先需確定管道的實際長度,另外還必須考慮管道上的閥件、濾器、管件等產生的壓降。僅考慮管道中可能發生的最大壓降,普遍的做法是管道允許的壓力降損失不超過系統名義壓力的5%。加大主管尺寸將為管網擴展帶來便利,如增加設備和延長管道,但這會導致較高的初投資,需要權衡利弊做出最佳決策。一定要選擇適合的選型表初步確定管道尺寸,然後進一步計算管道各部分許用阻力損失,宜採用SCFM(標準流量)進行核算。選擇20C為設計基準計算管道的摩擦阻力損失,有時可能需要核算某些極端溫度時的系統能力。
壓縮空氣管選型表
應根據實際所需的最大流量和許用壓降來選擇直徑。上圖適用於壓力範圍為0.5-17bar的壓縮空氣管道中尺寸和流量估算,主要基於如下考慮:
SCH 40管1/8"-1/2"管道:按每100英尺管道壓降10%考慮3/4"-3"管道:按每100英尺管道壓降5%考慮採用SCFM(標準流量)船舶主機啟動空氣系統
船舶主機的啟動空氣系統也屬於壓縮空氣系統,其系統設計務必滿足主機、船級社規範和船東的要求。船舶主機的主啟動空氣管路的尺寸務必根據項目的自身需求和動力裝置的特點進行仔細核算。
通常我們可按流速和壓降作為設計基準,推薦每個項目這兩種方法應同時用於核算。這將確保流速和壓降均在許用的極限內,從而保證啟動空氣系統性能。如果啟動空氣系統中還有其它使用壓縮空氣的用戶或站點,耗氣量應考慮一定的使用係數,以保證在任何極端工作情形下均不影響主機的啟動能力:
按流速核算管徑:對於乾燥壓縮空氣,通常認為合適的流速是25-30m/s。這是考慮噪聲和管材侵蝕的最大流速,特別對溼空氣情形。以壓降考慮該流速範圍產生的甚至可能過高,因此對於長輸氣管道通常應將流速限制在15m/s以內來防止管道壓降超標。按壓降核算管徑:一個常用的經驗法則是主空氣瓶(名義壓力30MPa)和主機之間的管道壓力損失不超過1~2bar,這大約相當於名義壓力的5%。設備和管道布置也往往受船舶機艙空間狹小等空間因素制約。據一些實際案例反饋,設計不合理的船舶啟動空氣系統導致的不合規的整改成本可能高達數十萬。因此船舶主機啟動空氣系統進行詳細的設計優化和評估後確定設計方案是明智的選擇。