韋云飛 胡長(zhǎng)才

(中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120)

1 概述

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，又是具有多種用途的工藝氣源。壓縮空氣管道屬于壓力管道，設(shè)計(jì)施工運(yùn)行中需要考慮安全因素;壓縮空氣也是整個(gè)廠區(qū)的耗能大戶，其管道的設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)約能源也有著重大意義;現(xiàn)代航空工業(yè)對(duì)壓縮空氣品質(zhì)要求越來越高，除了空壓機(jī)、過濾器、干燥器等源頭對(duì)品質(zhì)有決定意義外，其輸配管道很大程度上也影響著壓縮空氣的品質(zhì)。而管徑、材質(zhì)的選擇、管道坡度與放水的設(shè)計(jì)及管道的布置方式等是壓縮空氣管道設(shè)計(jì)時(shí)最需注意的幾個(gè)方面，本文就以上內(nèi)容展開論述。

2 管材

在航空工業(yè)工程設(shè)計(jì)過程中，很多設(shè)計(jì)者主要關(guān)注壓縮空氣源頭對(duì)壓縮空氣品質(zhì)影響的情況，而往往忽略了沿程管道材質(zhì)。結(jié)果就是源頭空氣品質(zhì)處理的再好，經(jīng)過沿程管路的污染，末端空氣品質(zhì)仍然不達(dá)標(biāo)。壓縮空氣管材選取是否得當(dāng)，直接影響末端壓縮空氣品質(zhì)。下面介紹壓縮空氣管道主要應(yīng)用的管材。

2.1 焊接和無縫碳鋼鋼管

低壓流體輸送用焊接鋼管，用板材卷曲焊接而成，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，品質(zhì)規(guī)格多，但一般強(qiáng)度低于無縫鋼管，承壓較低，壓力過大的時(shí)候會(huì)通過焊接最為薄弱的地方逐漸侵蝕，長(zhǎng)期破壞焊管分子結(jié)構(gòu)，造成漏氣;焊縫則容易在高壓高速氣流的長(zhǎng)期沖刷下焊縫金屬晶體剝落，影響氣體品質(zhì)。

輸送流體用無縫鋼管通過熱軋或冷拔而成，周邊沒有焊縫，內(nèi)壁平滑，受壓均勻流暢，使用壽命更為長(zhǎng)久，承壓能力更好。但以上兩種鋼管都不耐腐蝕，內(nèi)壁都比較粗糙，不適合在有潔凈和干燥度要求較高的場(chǎng)合使用。

2.2 不銹鋼管

不銹鋼按組織結(jié)構(gòu)可分為馬氏體、鐵素體、奧氏體和雙相不銹鋼。工程上主要使用的06Cr18Ni9(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)屬于奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼的機(jī)械性能和耐腐蝕性能非常良好。304不銹鋼對(duì)土壤中氯離子含量要求比較嚴(yán)格，在一些氯離子含量比較高的地方需要使用316L不銹鋼，316L超低碳不銹鋼管材對(duì)海水和各種介質(zhì)有良好的耐腐蝕性。但要注意不銹鋼耐蝕性不是絕對(duì)而是有條件的，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)一種不銹鋼在任何環(huán)境中都是絕對(duì)不腐蝕的，所以要根據(jù)具體的使用環(huán)境來選擇使用不同型號(hào)的不銹鋼。

2.3 銅管

銅管抗腐蝕性能低于不銹鋼管，銅管在和水長(zhǎng)期作用下，易發(fā)生銅綠，主要成分為碳酸銅，氫氧化銅化合物和硫酸銅。但是銅管管件比不銹鋼便宜，材質(zhì)比較軟，適用于小管道，對(duì)細(xì)菌也有抑制作用，施工安裝方便，在醫(yī)用衛(wèi)生行業(yè)應(yīng)用較多，有《醫(yī)用氣體和真空用無縫銅管》［1］行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 使用原則

根據(jù)如上所述的各種材料的特性，以下列出了不同場(chǎng)合壓縮空氣管道的管材推薦選用表，如表1所示［2］，方便設(shè)計(jì)人員選用。

表1 不同場(chǎng)合壓縮空氣管道的管材推薦選用表

3 管徑

當(dāng)輸送流體量一定時(shí)，管徑選擇的大小直接影響著經(jīng)濟(jì)合理性。管徑小，介質(zhì)流速高，管路壓力降會(huì)相應(yīng)增大，空壓機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)增加;管徑大，空壓機(jī)運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)減少，但是管路初期投資費(fèi)用就會(huì)增加。因此，為達(dá)到合理經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)者必須選擇合理的管徑。管路沿程壓降是管徑考慮的最重要因素，確定方法就是根據(jù)管路流量及允許壓降來確定管徑，也可以根據(jù)管徑和管路流量來驗(yàn)算壓降是否符合設(shè)計(jì)要求。確定管徑時(shí)應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的最大流量和允許的最大壓降雙重因素來計(jì)算。工程上管徑一般可根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速來確定，低壓壓縮空氣輸氣干管一般經(jīng)濟(jì)流速取8 m/s～12 m/s。當(dāng)與空壓站距離近時(shí)，設(shè)計(jì)流速可以適當(dāng)放大。當(dāng)距離空壓站遠(yuǎn)時(shí)相反，可以適當(dāng)減小流速，增加管徑。表2為國(guó)際上使用的壓縮空氣流速，表3為國(guó)內(nèi)推薦的壓縮空氣流速，可供設(shè)計(jì)者參考。

表2 國(guó)際上使用流速

表3 國(guó)內(nèi)推薦流速

4 坡度與放水

壓縮空氣管道初期投入運(yùn)行過程中，或是空壓站氣體處理不徹底，或是航空工廠非連續(xù)運(yùn)行時(shí)外界含濕量大的空氣侵入管網(wǎng)都會(huì)造成管道內(nèi)積水，壓縮空氣管道中的積水如果不排除，一方面會(huì)加快管道的腐蝕，減少管道的使用壽命，更重要的是會(huì)降低壓縮空氣的品質(zhì)，影響工藝設(shè)備的使用安全，造成產(chǎn)品的不合格。為了不影響末端設(shè)備的安全使用，及時(shí)恰當(dāng)?shù)姆潘苡斜匾?。《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》明確規(guī)定“設(shè)有坡度的管道其坡度不宜小于0.002”。在航空工業(yè)工程設(shè)計(jì)中，一般設(shè)計(jì)時(shí)管道都有坡度，但在很多情況下，往往留給管道敷設(shè)的空間很有限，很多情況下需要和別的專業(yè)管道共支架敷設(shè)。這時(shí)如果設(shè)計(jì)時(shí)只考慮有坡度時(shí)的放水，而沒考慮現(xiàn)場(chǎng)施工的難度，結(jié)果就是現(xiàn)場(chǎng)很多情況都沒按圖施工，沒達(dá)到設(shè)計(jì)需要的坡度，這也為以后氣體品質(zhì)埋下隱患。鑒于此，如果經(jīng)壓縮空氣站處理的壓縮空氣壓力露點(diǎn)溫度比周圍環(huán)境溫度低，在沿程管道中不會(huì)有水分析出，對(duì)以上共支架壓縮空氣管道，宜采用無坡度安裝方式。但在具體設(shè)計(jì)時(shí)，為了增加吹掃效果，以及避免平時(shí)運(yùn)行時(shí)可能侵入的水分，還需考慮如下兩個(gè)因素:1)壓縮空氣沿程適當(dāng)設(shè)置一些放水管，放水管上應(yīng)設(shè)集水器;2)當(dāng)管道為環(huán)狀布置時(shí)［3］，為提升管道吹掃效果應(yīng)采用三通彎頭等。這是因?yàn)楫?dāng)管路采用環(huán)狀布置時(shí)，如果用普通彎頭，會(huì)存在水壓試驗(yàn)放水后吹掃不徹底、效果差的問題。

5 布置方式

壓縮空氣管網(wǎng)壓力高，泄露點(diǎn)多，泄漏量大，合理的布置方式直接決定著節(jié)能減耗，下面介紹布置過程應(yīng)注意的主要幾個(gè)地方:1)廠房?jī)?nèi)壓縮空氣管道布置形式一般為樹形和環(huán)狀形，考慮到廠房后期可能增加生產(chǎn)線，此時(shí)可能會(huì)造成某一支路氣量不足，建議盡量采用環(huán)狀形布置，方便以后改擴(kuò)建。2)壓縮空氣干管應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)銳角拐彎，壓縮空氣支管與干管應(yīng)采用“鵝頸”形連接方式，避免主管路中冷凝物直接進(jìn)入支管路中。在分支管路末端低處設(shè)排污口，方便管路中污物排放。3)為了降低局部阻力，盡量選擇局部阻力系數(shù)小的管路附件和閥門［4］，常開的閥門盡量選擇閘閥等局部阻力小的閥門，彎頭盡量選擇彎曲半徑大的機(jī)制彎頭。4)如果廠房面積很大，管路很長(zhǎng)，閥門彎頭多，尤其又是三班制企業(yè)，在中班和深夜時(shí)，用戶用氣量大大減少，管網(wǎng)壓降也相應(yīng)變小，如果采用樹枝狀風(fēng)管，不僅壓降大，而且漏泄量也大。此時(shí)可以改為輻射狀管網(wǎng)，在空壓站內(nèi)設(shè)置分氣缸，這樣就可以根據(jù)用戶生產(chǎn)工藝的需求，調(diào)節(jié)供氣壓力和流量，既避免了非用氣車間的漏泄，又可方便調(diào)節(jié)空壓機(jī)的運(yùn)行工況。

6 結(jié)語

本文通過對(duì)壓縮空氣管道管徑、材質(zhì)、坡度與放水、布置方式等幾方面設(shè)計(jì)的討論，能夠更加合理優(yōu)化管網(wǎng)、加強(qiáng)泄漏量的控制、減少管網(wǎng)壓降損失，提高壓縮空氣品質(zhì)，保證安全運(yùn)行，降低動(dòng)力能耗，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，最后將助推工藝設(shè)備的安全使用和航空工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量提升。

［1］YST 650-2007，醫(yī)用氣體和真空用無縫銅管［S］.

［2］GB 50029-2003，壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］張 銘.動(dòng)力管道無坡度敷設(shè)設(shè)計(jì)初探［J］.公用工程設(shè)計(jì)，2011(8)：87-90.

［4］施振球，趙廷元.動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：424-425.