壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)的分析

段劍峰

(山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

壓縮空氣管道是一種具有一定柔軟度、抗氧化和抗老化功能的化學(xué)制品，被廣泛運(yùn)用于工業(yè)、建筑業(yè)和農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域，與一般管道相比，壓縮空氣管道一年四季都可以很好地被使用且一般都有很好的效果。

1 系統(tǒng)論能量流

根據(jù)結(jié)構(gòu)理論和系統(tǒng)論的相關(guān)觀點(diǎn)，系統(tǒng)中的每個(gè)部分始終都在處于不斷流動(dòng)的狀態(tài)，在整個(gè)過(guò)程中尤其要重視系統(tǒng)能量流的理論，這其中包含能量流、物質(zhì)流和信息流等信息[1]。一方面，整個(gè)系統(tǒng)始終都處于一種不斷更新的狀態(tài)。另一方面，系統(tǒng)必須要在整個(gè)操作的過(guò)程中能夠不斷地從周?chē)沫h(huán)境中吸取一定的物質(zhì)和能量，并在這個(gè)過(guò)程中有效地把相關(guān)的產(chǎn)物排除在外，最終的目的是為了讓整個(gè)系統(tǒng)都始終處于一個(gè)很穩(wěn)定的狀態(tài)。能量流本身屬于一種重要的能量傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程。在被運(yùn)用于壓縮空氣管道的過(guò)程中，一定要通過(guò)采用合理的工藝設(shè)計(jì)的方式來(lái)有效地減少能量的散發(fā)，從而使得整個(gè)壓縮空氣管道都能夠更好地得以運(yùn)用。整個(gè)壓縮空氣管道的系統(tǒng)主要分為能量輸入、能量輸入和能量傳遞等諸多過(guò)程，在布置的過(guò)程中分別要在合適的地點(diǎn)來(lái)對(duì)能量進(jìn)行全方位的布置。

2 壓縮空氣管道實(shí)際案例

2.1 壓縮空氣管道內(nèi)徑的計(jì)算

為了將系統(tǒng)論能量流的理論更好地運(yùn)用于壓縮空氣管道施工的過(guò)程中，本文分析了一個(gè)將壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)更好地運(yùn)用于實(shí)際情況中的例子。

在對(duì)某廠區(qū)主管道進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果我們采用了較大的管徑就可以很好地降低摩擦帶來(lái)的損失，一般壓縮空氣的流速取8 m/s～12 m/s，其運(yùn)算公式見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：di為整個(gè)管道的內(nèi)徑，mm；Q為氣體的容積流量，m3/h；V為管子內(nèi)部的氣體平均流速，m/s。經(jīng)計(jì)算，本次壓縮空氣管道的內(nèi)徑為118.9 mm。

2.2 儲(chǔ)氣罐容量計(jì)算

某單位在建設(shè)的過(guò)程中已經(jīng)被配置了一個(gè)10 m3的儲(chǔ)氣罐，為了使整個(gè)壓縮空氣管道在運(yùn)行的過(guò)程中能夠穩(wěn)定的供給，采用公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

V=N×Q/(P+1)

(2)

式中：V為儲(chǔ)氣罐的容積，m3；Q為空壓機(jī)的排氣量，m3/min[2]；P指排氣的壓力，MPa。

從式(2)可以看到，雖然在整個(gè)式子的運(yùn)算中N為最主要的參數(shù)，建議取值在2左右，如果上下稍有波動(dòng)，建議取值3左右，如果上下波動(dòng)的值很大，建議取值4以上。

3 管道的鋪設(shè)

在實(shí)際對(duì)壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要對(duì)壓縮空氣管道的內(nèi)徑和儲(chǔ)氣罐的容量進(jìn)行分析，還有比較重要的就是要進(jìn)行管道的鋪設(shè)工作。在整個(gè)工程實(shí)際管道鋪設(shè)的過(guò)程中，我們尤其要注意以下3個(gè)要點(diǎn)。

1) 能耗小。

在對(duì)壓縮空氣管道進(jìn)行布置的過(guò)程中，尤其要注意盡量縮短管道的距離，而且在鋪設(shè)的過(guò)程中要通過(guò)減少折角來(lái)有效降低能耗的輸送。無(wú)論在管道鋪設(shè)的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都要注意把其能耗降到最低。

2) 縮小成本。

在對(duì)管道進(jìn)行鋪設(shè)的過(guò)程中，尤其要注意根據(jù)實(shí)際使用情況更好地選擇管材和管徑，并在這個(gè)過(guò)程中合理估計(jì)管道的走向和坡度，從而能夠有效降低套管和支架等相關(guān)的數(shù)量。尤其應(yīng)該注意在一個(gè)合理的位置對(duì)管道進(jìn)行合理的布置，這樣才能夠有效地節(jié)約管道的建設(shè)成本。

3) 注意合理安排工藝。

雖然在整體管道鋪設(shè)的過(guò)程中經(jīng)常采用的是管溝敷設(shè)、埋地敷設(shè)和架空敷設(shè)等諸多方法。但是如果一直采用架空敷設(shè)的方法就會(huì)讓管道的敷設(shè)變得非常不平整，埋地敷設(shè)又會(huì)在整體使用的過(guò)程中出現(xiàn)不易檢修的情況，但是因?yàn)楦髯远加懈髯缘膬?yōu)勢(shì)，所以在使用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)被使用，我國(guó)的地鐵一般采用的都是地鐵鋪設(shè)的模式。

近年來(lái)，隨著工程總體設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，也為了讓運(yùn)營(yíng)單位更好地進(jìn)行全面常規(guī)的檢修，所以很多類(lèi)型的機(jī)輛段采用的都是管溝敷設(shè)的方式。如果需要對(duì)庫(kù)外的管道進(jìn)行設(shè)計(jì)，尤其需要考慮管道的走向、標(biāo)高和其他方面的因素。一般要在入庫(kù)口采用油水分離器來(lái)進(jìn)行操作，然后注意讓其在車(chē)間的入口采用套管保護(hù)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，尤其需要考慮管道本身和地圈梁之間的位置。

4 壓縮空氣管道實(shí)際運(yùn)用例子

4.1 某工廠管道鋪設(shè)的實(shí)際例子

某工廠壓縮空氣工藝的實(shí)際數(shù)據(jù)：P=8 MPa,T=30 ℃，標(biāo)態(tài)流量為V0=1 000 m3/h,工況流量為V=125 m3/h,質(zhì)量流量為W=1 292 kg/h，管道長(zhǎng)度為100 m，di=50 mm,管道的絕對(duì)粗糙度為0.2 mm，摩擦系數(shù)為0.03，空壓機(jī)的功率為110 kW。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，100 m的管道經(jīng)過(guò)加壓之后，其壓力自動(dòng)下降0.8 MPa,功率為3.35 kW，占據(jù)壓縮機(jī)的總能耗為3.05%。經(jīng)計(jì)算可以看出，在使用的過(guò)程中每小時(shí)耗電3.35度，每度電的價(jià)格為0.5元，每年就要損失13 400元。設(shè)計(jì)人員通常在設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)改善鋼管的直徑來(lái)節(jié)約電費(fèi)，并在這個(gè)過(guò)程中一并要考慮鋼管使用壽命的問(wèn)題。

4.2 成都地鐵室內(nèi)管道設(shè)計(jì)

在對(duì)成都地鐵進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，尤其要注意在臨修庫(kù)的內(nèi)部設(shè)置地溝和天車(chē)，為了方便整體施工過(guò)程能夠更加順利的進(jìn)行，尤其要注意由室外的管道從庫(kù)的右端沿著股道的兩側(cè)分別埋入地下，等到所有的管道入庫(kù)之后再更好地沿著庫(kù)房進(jìn)行敷設(shè)，并以此引出多處支架和支管，這樣在維修的過(guò)程中才能夠變得更加方便。整體室內(nèi)和室外的布置圖如圖1和圖2所示。

圖1 室外管道平面布置圖

圖2 臨修庫(kù)室內(nèi)管道的平面布置圖

5 壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

5.1 采用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)

在對(duì)壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用三維軟件設(shè)計(jì)是非常重要的一種方法。雖然前期的三維建模需要做大量的工作，但是只有采用三維軟件進(jìn)行建模之后，才能夠直接生成平面圖、軸測(cè)圖和材料表等，為后期的出圖工作節(jié)省出大量的時(shí)間，并由此提高工作效率。

5.2 減少獨(dú)立落地支架數(shù)量

一般壓縮空氣管道管徑都是比較小的，所以如果在廠區(qū)進(jìn)行空氣管道布置的時(shí)候，尤其應(yīng)該利用相關(guān)的建筑物、大管道和其他空間將整個(gè)壓縮空氣管道很好地焊接在上面，因此在整個(gè)過(guò)程中尤其需要減少獨(dú)立落地支架的數(shù)量。

5.3 注意壓縮空氣管道的受力

尤其應(yīng)該注意對(duì)壓縮空氣管道的受力情況進(jìn)行分析，然后在受力條件允許的情況下盡可能地采用限位支架的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在整體操作的過(guò)程中要允許管道有橫向位移的情況發(fā)生[3]。在管子不長(zhǎng)的情況下，尤其要注意在不設(shè)固定支架和補(bǔ)償器的基礎(chǔ)上，更好地簡(jiǎn)化整個(gè)管道的設(shè)計(jì)過(guò)程，同時(shí)降低管道的造價(jià)，這樣才能夠使施工順利進(jìn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)壓縮空氣管道工藝設(shè)計(jì)的全面分析，我們可以明確壓縮空氣管道技術(shù)的運(yùn)用將會(huì)在我國(guó)的鐵路施工和車(chē)輛施工的環(huán)節(jié)發(fā)揮很全面的作用。隨著壓縮空氣管道技術(shù)水平越來(lái)越向著三維化和精細(xì)化的方向發(fā)展，我國(guó)壓縮管道的工藝設(shè)計(jì)水平將會(huì)變得更好。