航空工業工程項目壓縮空氣管道設計要點

韋云飛 胡長才

(中國航空規劃建設發展有限公司，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，設計施工運行中需要考慮安全因素;壓縮空氣也是整個廠區的耗能大戶，其管道的設計對節約能源也有著重大意義;現代航空工業對壓縮空氣品質要求越來越高，除了空壓機、過濾器、干燥器等源頭對品質有決定意義外，其輸配管道很大程度上也影響著壓縮空氣的品質。而管徑、材質的選擇、管道坡度與放水的設計及管道的布置方式等是壓縮空氣管道設計時最需注意的幾個方面，本文就以上內容展開論述。

2 管材

在航空工業工程設計過程中，很多設計者主要關注壓縮空氣源頭對壓縮空氣品質影響的情況，而往往忽略了沿程管道材質。結果就是源頭空氣品質處理的再好，經過沿程管路的污染，末端空氣品質仍然不達標。壓縮空氣管材選取是否得當，直接影響末端壓縮空氣品質。下面介紹壓縮空氣管道主要應用的管材。

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，生產工藝簡單，生產效率高，品質規格多，但一般強度低于無縫鋼管，承壓較低，壓力過大的時候會通過焊接最為薄弱的地方逐漸侵蝕，長期破壞焊管分子結構，造成漏氣;焊縫則容易在高壓高速氣流的長期沖刷下焊縫金屬晶體剝落，影響氣體品質。

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

2.2 不銹鋼管

不銹鋼按組織結構可分為馬氏體、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，奧氏體不銹鋼的機械性能和耐腐蝕性能非常良好。304不銹鋼對土壤中氯離子含量要求比較嚴格，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海水和各種介質有良好的耐腐蝕性。但要注意不銹鋼耐蝕性不是絕對而是有條件的，到目前為止還沒有發現一種不銹鋼在任何環境中都是絕對不腐蝕的，所以要根據具體的使用環境來選擇使用不同型號的不銹鋼。

2.3 銅管

銅管抗腐蝕性能低于不銹鋼管，銅管在和水長期作用下，易發生銅綠，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，材質比較軟，適用于小管道，對細菌也有抑制作用，施工安裝方便，在醫用衛生行業應用較多，有《醫用氣體和真空用無縫銅管》［1］行業標準。

2.4 使用原則

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

表1 不同場合壓縮空氣管道的管材推薦選用表

3 管徑

當輸送流體量一定時，管徑選擇的大小直接影響著經濟合理性。管徑小，介質流速高，管路壓力降會相應增大，空壓機的運行費用就會增加;管徑大，空壓機運行費用就會減少，但是管路初期投資費用就會增加。因此，為達到合理經濟，設計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，確定方法就是根據管路流量及允許壓降來確定管徑，也可以根據管徑和管路流量來驗算壓降是否符合設計要求。確定管徑時應根據工藝設備運行時可能出現的最大流量和允許的最大壓降雙重因素來計算。工程上管徑一般可根據經濟流速來確定，低壓壓縮空氣輸氣干管一般經濟流速取8 m/s～12 m/s。當與空壓站距離近時，設計流速可以適當放大。當距離空壓站遠時相反，可以適當減小流速，增加管徑。表2為國際上使用的壓縮空氣流速，表3為國內推薦的壓縮空氣流速，可供設計者參考。

表2 國際上使用流速

表3 國內推薦流速

4 坡度與放水

壓縮空氣管道初期投入運行過程中，或是空壓站氣體處理不徹底，或是航空工廠非連續運行時外界含濕量大的空氣侵入管網都會造成管道內積水，壓縮空氣管道中的積水如果不排除，一方面會加快管道的腐蝕，減少管道的使用壽命，更重要的是會降低壓縮空氣的品質，影響工藝設備的使用安全，造成產品的不合格。為了不影響末端設備的安全使用，及時恰當的放水很有必要。《壓縮空氣站設計規范》明確規定“設有坡度的管道其坡度不宜小于0.002”。在航空工業工程設計中，一般設計時管道都有坡度，但在很多情況下，往往留給管道敷設的空間很有限，很多情況下需要和別的專業管道共支架敷設。這時如果設計時只考慮有坡度時的放水，而沒考慮現場施工的難度，結果就是現場很多情況都沒按圖施工，沒達到設計需要的坡度，這也為以后氣體品質埋下隱患。鑒于此，如果經壓縮空氣站處理的壓縮空氣壓力露點溫度比周圍環境溫度低，在沿程管道中不會有水分析出，對以上共支架壓縮空氣管道，宜采用無坡度安裝方式。但在具體設計時，為了增加吹掃效果，以及避免平時運行時可能侵入的水分，還需考慮如下兩個因素:1)壓縮空氣沿程適當設置一些放水管，放水管上應設集水器;2)當管道為環狀布置時［3］，為提升管道吹掃效果應采用三通彎頭等。這是因為當管路采用環狀布置時，如果用普通彎頭，會存在水壓試驗放水后吹掃不徹底、效果差的問題。

5 布置方式

壓縮空氣管網壓力高，泄露點多，泄漏量大，合理的布置方式直接決定著節能減耗，下面介紹布置過程應注意的主要幾個地方:1)廠房內壓縮空氣管道布置形式一般為樹形和環狀形，考慮到廠房后期可能增加生產線，此時可能會造成某一支路氣量不足，建議盡量采用環狀形布置，方便以后改擴建。2)壓縮空氣干管應當避免出現銳角拐彎，壓縮空氣支管與干管應采用“鵝頸”形連接方式，避免主管路中冷凝物直接進入支管路中。在分支管路末端低處設排污口，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制彎頭。4)如果廠房面積很大，管路很長，閥門彎頭多，尤其又是三班制企業，在中班和深夜時，用戶用氣量大大減少，管網壓降也相應變小，如果采用樹枝狀風管，不僅壓降大，而且漏泄量也大。此時可以改為輻射狀管網，在空壓站內設置分氣缸，這樣就可以根據用戶生產工藝的需求，調節供氣壓力和流量，既避免了非用氣車間的漏泄，又可方便調節空壓機的運行工況。

6 結語

本文通過對壓縮空氣管道管徑、材質、坡度與放水、布置方式等幾方面設計的討論，能夠更加合理優化管網、加強泄漏量的控制、減少管網壓降損失，提高壓縮空氣品質，保證安全運行，降低動力能耗，具有較強的實際應用價值，最后將助推工藝設備的安全使用和航空工業產品的質量提升。

［1］YST 650-2007，醫用氣體和真空用無縫銅管［S］.

［2］GB 50029-2003，壓縮空氣站設計規范［S］.

［3］張 銘.動力管道無坡度敷設設計初探［J］.公用工程設計，2011(8)：87-90.

［4］施振球，趙廷元.動力管道設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010：424-425.