壓縮機網(wǎng)

眾所周知，從空氣壓縮機排出的壓縮空氣是含有大量水、水蒸氣，在經(jīng)過儲氣罐、過濾器、冷干機、吸干機等設備后，進入供氣管道中的壓縮空氣一般都是飽和的，但在輸氣過程中產(chǎn)生的溫度降落會產(chǎn)生冷凝水在管內積存，這部分水若隨壓縮空氣進入氣動系統(tǒng)的設備中，將對氣動系統(tǒng)正常運行造成隱患或損壞設備；若進入用氣工藝流程中將會影響產(chǎn)品的品質，甚至是危害人的生命安全，比如：在醫(yī)療系統(tǒng)中；滯留在管道中會形成冰堵，影響輸送效率；同時，管壁受到液態(tài)水的侵蝕會腐爛，管道連接件熱脹冷縮引起松動等引起管道泄漏，造成泄漏損失。（注：經(jīng)過吸干機處理后的壓縮空氣中含水量會更低。）

為此，在設計與鋪設壓縮空氣輸氣管道時，我們根據(jù)《壓縮空氣站設計規(guī)范》將管道鋪設一定的傾斜角度和在管道上設置排水閥來排除這部分冷凝水，但該規(guī)范并未說明是否是所有的管都應該是傾斜的。如果是，則對于大型工廠的壓縮空氣管道鋪設將是一大難題；也未說明在何處設置排水閥比較合適，設置的太多會增加施工難度，設置的太少則排水效果不好。因為，管道中的水，主要是由于管程溫度降產(chǎn)生的，為此，本文簡要分析一下管程溫度降，以及管道泄漏所造成的損失會有多大。

在壓縮空氣輸氣主管道中，空氣流速一般都不太大，約16～18m/s，因傳輸過程中壓縮空氣溫度降低的主要原因是與環(huán)境介質熱交換引起的。在空壓機出口處，壓縮空氣溫度最高，隨著輸送距離的延長，由于熱交換的進行而導致壓縮空氣溫度不斷下降，在一定條件下就會產(chǎn)生凝結水。

對于非熱絕緣的金屬管道，若不考慮傳熱面上的污染對散熱的影響，在給確定管道長度上的壓縮空氣的溫度降低：

式中：

T0，Tx——分別為管道起始端和計算段末端壓縮空氣的溫度，K；

Ta——環(huán)境溫度，K；

x——計算段管長，m；

Cp——空氣的定壓比熱，kJ/(kg·K)；

qm——通過管道的自由空氣質量流量，kg/h；

a1,a1——分別為由空氣到金屬和由金屬到環(huán)境空氣的散熱系數(shù)，W/（m2·K）；

dr,dR——分別管道的內徑和外徑，m；

  ——金屬管道壁的導熱系數(shù)，W/(m·K)；

其中散熱系數(shù)可由表1查得：

氣動元件中大多數(shù)流阻的特性是壓力降很小，這時進口和出口的溫度可取同一值。但在有些元件（減壓閥、節(jié)流孔）中，由于壓縮空氣在元件出口處顯著膨脹，其溫度下降劇烈，收縮孔附近有可能造成水分冷凝甚至結冰。

收縮孔出口處的氣體溫度可由下式確定（約）：

式中：

P1和T1——分別為收縮孔前壓縮空氣的壓力和溫度；

P2和T2——分別為收縮孔后壓縮空氣的壓力和溫度；

——阻力系數(shù)，取決于許多因素；

k——比熱比，壓縮空氣 k=1.4；

離開收縮孔一段距離后，管道中空氣流速又降到接近于收縮孔前的速度，溫度也會增到接近于原來的溫度。在壓力降同時，溫度升高又會引起冷凝水的蒸發(fā)和降低相對濕度。

空氣通過毛細管流動時會產(chǎn)生節(jié)流作用，節(jié)流后的空氣濕度：

對于工業(yè)企業(yè)系統(tǒng)的壓力和溫度范圍，可取a=1.6～2.5(K/MPa)

在長的毛細管中，由于摩擦力和環(huán)境溫度的熱交換影響很大，毛細管出口處溫度可以認為就等于環(huán)境介質的溫度Ta。若此時，如果Ta<T1，則可能有冷凝水產(chǎn)生，嚴重時引起結冰。

基于理論分析，我們在壓縮空氣管道設計與鋪設時，就有了理論測算工具，可以進行更科學的管網(wǎng)設計與鋪設。經(jīng)過理論分析與測算的管網(wǎng)或路也許比經(jīng)驗鋪設的管網(wǎng)好一點。但也許就是這么一點點，用氣末端的水會少很多，這就是專業(yè)與不專業(yè)的區(qū)別。

壓縮空氣輸送管道發(fā)生泄漏，不僅會造成極大的能源浪費，還會導致其他運行損失，如壓力下降帶來的不利影響。對壓縮空氣系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析的結果表明：系統(tǒng)泄漏量經(jīng)常占到系統(tǒng)產(chǎn)氣量的20%～30%，這些泄漏產(chǎn)生的原因主要是管理不善，并隨著年限的增加泄漏量會越來越大（見下圖），如：管道被腐蝕而破損泄漏、管件連接處松動、使用不當、用氣設備和設施的泄漏。那么泄漏處的泄漏量又是如何測算呢？

1.管道壓縮空氣泄漏G的估算：

式中：

G1——空氣泄漏量，NL/min;

D——泄漏孔直徑，（mm）；

——孔的形狀系數(shù)，取0.9；

P1——供氣表壓力，kgf/cm2；

當空氣泄漏量按Nm3/h計算，供氣壓力為MPa時，公式可換算為：

式中：P——管內空氣的絕對壓力，bar；

例：當孔徑為3mm，管內空氣的絕對壓力為0.5MPa時，每小時的泄漏空氣量為：

基于以上公式，給出了一些經(jīng)驗值如表2，可根據(jù)泄漏孔徑大小，直接查表得出泄漏量，也可根據(jù)表3推算出具體損失費用：

2.根據(jù)經(jīng)驗，當縫隙泄漏，能聽到泄漏聲的情況下，一般泄漏量即可達到5NL/min，即0.3Nm3/h。

壓縮空氣是極其寶貴的優(yōu)質能源，不僅在壓縮空氣轉換效率（根據(jù)測算，其熱效率僅為19.9%）、輸送效率低，而且費用比較昂貴，減不壓縮空氣泄漏，有很大的經(jīng)濟效益。

總之，隨著市場對壓縮空氣品質與穩(wěn)定性的要求越來越高，管道的管程溫度降在壓縮空氣中制造水分，腐蝕管道造成泄漏，產(chǎn)生其他微生物污染壓縮空氣以及其它原因導致泄漏都不符合現(xiàn)代企業(yè)管理的要求。為此，可以通過選擇更好的管材（如不銹鋼管材）、更優(yōu)的設計、更規(guī)范的施工以及更規(guī)范的管理來提升輸氣管道的技術質量與管理質量。

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