空氣壓縮機能力確定及選型優化分析

趙麗娜 張豪豪 高志粉 韓甜甜

摘要：空氣壓縮機是空分裝置中的關鍵設備，它既是空分裝置生產過程的動力源，又是空氣分離產品生產成本的主要發生處，因此，在整個空分生產過程中它占有舉足輕重的地位。根據極端工況確定空壓機能力，并對空壓機不同型式組合作能耗成本分析，具有一定的工程應用指導意義。

關鍵詞：空分裝置；空氣壓縮機；工作原理；性能特點；比較與選型

1空壓機結構原理螺桿

空壓機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子在機體內做相對高速旋轉運動使陰陽轉子齒槽和機體之間形成的呈“V”字形的一對齒間容積隨轉子的回轉不斷產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線方向由吸入端輸送至輸出端，實現螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。

2空壓機的分類

由于利益等方面的原因，配套的空壓機不一定完全都很適用（這方面許多單位都有體會），并且基本上全采用活塞式空壓機。過去那種采用小空分機組（產氣量幾百立方米），分散供氣的模式如今已被中、大型空分機組（產氣量上千或上萬立方米）集中供氣的模式所取代。許多單位在定購空分裝置時不再采用“套餐式”，而改用“點菜式”，空壓機的配置方式也告別了活塞機一統天下的局面，許多用戶單位開始對螺桿機和離心機產生了興趣，有些單位對此已進行了嘗試。鑒于空壓機在整個空分裝置中的重要作用，倘若選型不當將會給空分生產帶來許多后遺癥。

各種機型的工作原理、特點及比較鑒于空分裝置中所配的空壓機基本上都是活塞機、離心機、螺桿機，下面對這三種機型進行介紹和比較。

2.1按工作原理分

2.2按排氣壓力分

2.3按排氣量分

3工作原理與特點

3.1活塞機

活塞機的工作原理是將單位氣體所占據的容積縮小，使氣體的比容下降，壓力憋高。其工作過程為：回程膨脹—吸氣—壓縮—排氣四個階段。活塞機是最常見和最傳統的機型，其排氣壓力寬，可以滿足高、中、低壓的供氣，甚至在超高壓的條件下也能穩定運行，這是離心機和螺桿機無法做到的。但活塞機的排氣量主要適用于中、小范圍內的供氣，另外對于<1m3/min的微型供氣，活塞機更能發揮長處。

3.2離心機

該機是利用高速旋轉的葉輪，使流經葉輪的氣體受到慣性力的作用而產生壓力，同時獲得速度，經葉輪、擴壓器等擴張通道提高靜壓的方式達到氣體壓縮升壓的目的。由于受到加工工藝的限制，葉輪不能做得太小，因而離心機一般僅適用于中、大排氣量的使用范圍。該機結構緊湊、重量輕、體積小、無振動、運行平穩。但是，工作中若調節不當，排氣壓力突然升高以及轉速的變化等均會引起機器特性曲線的變化而使機器產生喘振。

3.3螺桿機

該機是通過螺桿之間的齒形嚙合而將氣體擠壓出去。由于螺桿機中只有轉子的轉動，而這些轉子可以調節平衡到某一程度，使壓縮機很少振動，而對于活塞機來講則很難做到。另外，螺桿機沒有氣閥、填料、活塞環等往復易損件，因此，工作可靠，運轉率高，其大修周期與活塞機相比要長得多，但螺桿機的有些檢修項目根本無法在現場進行，另外它對油質要求較高。

4三種機型各個方面的特性比較

對于高壓供氣的唯一選擇是活塞式壓縮機；對于大排氣量的唯一選擇是離心式壓縮機；對于排氣壓力要求不是過高，而排氣量要求又不是太大的情況下，選擇壓縮機時，則要結合工藝要求、邊界條件、人員素質、資金狀況等因素綜合考慮。對裝配水平上檔次的，自動化程度高的空分裝置，且資金充足而人力較緊的用戶單位可優先考慮選用離心式壓縮機。反之，當空分裝置裝配水平要求不高，且資金較緊，但勞動力寬裕時，選用傳統的活塞式壓縮機，是明智之舉。

需要強調的是，離心機的供氣量與氣體密度相關，所以在選擇離心機時，要特別考慮到冬、夏之間的溫度差異，購機時適當考慮將離心機的產氣量放寬裕些，以補償夏季供氣量不足。對螺桿機而言，主要適用于PSA制氮和空壓站的動力供氣。

另外，對用戶而言，安全可靠性對決定能否選用某種機型是一個關鍵條件，這又取決于預見一些典型設備故障發生的范圍和出現的機率以及它們能否在現場解決。對于一般性的故障，通常均不會因短期停機而給整個空分系統帶來過多不便，如果發生破壞性故障，如關鍵部件損傷，對活塞機來說可在現場進行修理，通常是更換某些關鍵部件，如：連桿、活塞、襯套、十字頭等。而離心機或螺桿機的修復，有些工作則無法現場進行，這是個棘手的問題。因為有些備件如：離心機、螺桿機的轉子等，其價格昂貴，在整套機組中所占的金額比例很大，資金占用量高，通常所有用戶單位都不做儲備。相對而言，活塞機的備件價格要低的多，儲備起來方便，因此，使用起來靈活性更大些。

5結束語

據了解，近年來山東某甲、乙兩單位均因空分裝置配套的空壓機不盡合理而走了很大的彎路，投產后又被迫重新更換空壓機，由此帶來較大的經濟損失。可見選擇理想的空壓機既要考慮產品質量、性能指標的安全可靠、操作方便、易于安裝維修、價格低廉等，更要考慮系統的運行工況、該投資在項目中所處的地位價值以及其它因素。

參考文獻：

[1] 林韶軍1KDV-850/40Y型空分設備配套空壓機的改造[C]1機械工業氣體分離設備科技信息網第十三次全網大會論文集12003年4月1189～190.

[2] 沈斌1談空分設備在浮法玻璃生產中的作用及配置[C]1機械工業氣體分離設備科技信息網第十一次全網大會，中國制冷學會第二專業委員會，學術交流會論文集11998年9月1244～247.

（作者單位：龍蟒佰利聯集團股份有限公司）