工業氣體集中供氣站的設計

[摘 要]隨著工業化進程的加速，工業氣體的需求日益增長，而集中供氣站在滿足這一需求中至關重要。文章設計了一種高效、安全且經濟的工業氣體集中供氣站，通過采用先進的設計理念和技術，確保了系統的穩定性和安全性。在實施階段，通過詳細的測試方法和數據收集過程對系統性能進行驗證。結果顯示，所設計的供氣站不僅在技術上先進，而且在經濟和環境保護方面也表現出色。這一研究為工業氣體供應領域提供了新的視角和解決方案。

[關鍵詞]工業氣體供氣；系統設計；能源效率

[中圖分類號]TQ116 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0035–03

Design Discussion of Industrial Gas Centralized Supply Station

JIANG Chenjue

[Abstract]With the acceleration of the industrialization process， the demand for industrial gases is increasing day by day， and the centralized gas supply station is crucial to meet this demand. In this paper， an efficient， safe and economical centralized gas supply station for industrial gas is designed. The stability and safety of the system are ensured by adopting advanced design concept and technology. During the implementation phase， the performance of the system is verified through detailed test methods and data collection procedures. The results show that the designed gas supply station is not only technologically advanced， but also performs well in terms of economic and environmental protection. This research provides new perspectives and solutions in the field of industrial gas supply.

[Keywords]industrial gas supply； system design； energy efficiency

工業氣體在現代工業生產中至關重要，被廣泛應用于化工、制藥、食品加工及金屬加工等眾多領域。例如，氮氣和氬氣在金屬加工和焊接過程中起到保護作用，氧氣在鋼鐵工業中用于提高燃燒效率，而氫氣則在石化行業中被廣泛使用。隨著技術的進步和應用領域的擴展，工業氣體的種類和使用量不斷增加，對其供應的穩定性和安全性提出了更高要求。傳統的瓶裝氣體供應方式因其存在運輸成本高、存儲空間需求大、安全隱患多等問題，逐漸難以滿足現代工業的需求。集中供氣站通過將氣體集中生產、集中儲存、集中輸送，實現了氣體供應的高效、安全、經濟。在設計工業氣體集中供氣站時，需要考慮多方面因素：①需求分析。即明確不同行業、不同工序對氣體種類、純度、壓力、流量的具體要求。②設計原則。包括安全性、可靠性、經濟性和環保性等多方面的考慮。③系統組成與功能。涉及供氣站的各個子系統，包括氣體生產系統、儲存系統、輸送系統、控制系統等，以及他們之間的協調配合。④能源效率和成本分析。通過優化設計和管理，實現資源的最大化利用和成本的最小化。

通過對這些方面的深入研究，力圖為工業氣體集中供氣站的設計與實施提供科學、實用的理論指導和技術支持。無論是對生產企業，還是對設計單位和運營管理者，文章的研究成果都具有重要的參考價值和實際意義。希望通過研究，能夠推動工業氣體供應模式的不斷優化和創新，為工業生產的高效、安全運行提供堅實保障。

1 工業氣體集中供氣站的設計

1.1 需求分析

①根據工業用戶的種類、規模和特定需求，分析不同類型氣體（如氧氣、氮氣、氬氣等）的需求量和供氣頻率；②考慮地理位置因素，包括供氣站的選址和對周邊環境的適應性；③評估技術可行性，包括儲存和輸送系統的設計要求；④綜合考慮經濟性和環境影響，為實現成本效益最大化和環境可持續性提供依據。

工業用戶的需求因行業和工藝的不同而各異。例如，鋼鐵制造業對氧氣的需求量大，而食品加工行業則可能更依賴于氮氣和二氧化碳。對不同行業進行細致的需求分析，可幫助確定集中供氣站的設計參數和運營模式。供氣頻率的分析則需考慮到生產工藝的連續性和間歇性，以確保氣體供應的穩定性和可靠性。地理位置因素在集中供氣站的設計中同樣重要。選址時需考慮到交通便利性、供應半徑、管網布局等因素，以提高供氣站的運行效率。此外，還需關注選址對周邊環境的影響，確保供氣站的建設和運營符合環保要求，避免對居民區和自然生態的破壞。技術可行性評估主要涉及儲存和輸送系統的設計。不同氣體的物理化學性質決定了儲存和輸送設備的選擇與配置。例如，氫氣需要高壓或低溫儲存，氧氣儲存則需防止助燃風險。合理的系統設計不僅能提高供氣站的安全性和可靠性，還能優化資源配置，降低運營成本。經濟性和環境影響的綜合考慮是需求分析的最后一環。通過對成本結構的分析，包括初期投資、運行維護費用等，可找到經濟效益和安全性、環保性之間的最佳平衡點。同時，通過引入清潔能源和綠色技術，減少碳排放和環境污染，實現集中供氣站的可持續發展。

1.2 設計原則與標準

為了確保供氣站的高效運作和安全性，設計需遵循以下幾個關鍵原則：①安全性原則。設計中必須嚴格遵守國家和行業的安全標準，包括氣體儲存、輸送系統的安全規范，以及應急響應措施。②環境保護原則。設計應考慮最小化對環境的負面影響，包括降低噪聲、控制排放等。③經濟性原則。要求設計既要保證運營成本的合理性，也要考慮長期的維護和升級成本。④靈活性和可擴展性原則。指導設計應具備適應未來發展和技術進步的能力。綜合這些原則和標準，可確保工業氣體集中供氣站不僅滿足當前需求，而且具備長遠的發展潛力。

1.3 系統組成與功能

工業氣體集中供氣系統的組成如圖1所示。其中，氣體儲存單元包括多個并聯的儲氣罐以確保充足的儲備。從儲氣罐出來的氣體進入凈化處理單元，以去除雜質并確保氣體質量。隨后，氣體通過壓力調節器和流量計進行精確控制，以滿足不同用戶的需求。在供氣過程中，安全閥和報警裝置可確保系統在異常情況下能夠及時響應，保護設備和操作人員的安全。最終，經過一系列調節和監控后，純凈且穩定的氣體通過輸氣管線送達至使用點。整個系統的設計充分考慮了操作的便捷性、安全性以及長期的可靠性，從而確保了供氣站的高效和穩定運行。通過這種系統的布局，不僅可滿足當前的工業需求，而且還具備應對未來需求變化的靈活性。氣體儲存單元中的儲氣罐采用高強度材料制造，能夠承受高壓，并保證氣體的長期儲存。儲氣罐的設計容量和數量根據需求量進行調整，確保在高峰使用期也能提供充足的氣體供應。儲存單元與凈化處理單元相連接，氣體通過一系列過濾器和吸附裝置，去除雜質和水分，確保輸出的氣體純度達到工業標準。在凈化后的氣體進入壓力調節器和流量計系統，精確控制氣體的壓力和流量。這一環節是系統的控制中樞，通過先進的傳感器和自動化控制技術，實現對氣體參數的實時監測和調整，確保不同用戶在不同工況下都能獲得穩定的氣體供應。同時，系統還配置了多級安全閥和報警裝置，當氣體壓力或流量異常時，系統能夠自動切斷氣源并發出警報，防止事故發生。輸氣管線通過高質量的管材和科學的布局設計，使氣體能夠安全、高效地輸送到各個使用點。輸氣管線的設計考慮了防泄漏、防腐蝕和壓力損失等因素，可確保長距離輸送的安全性和經濟性。同時，管線布置靈活，能夠根據用戶需求和現場條件進行調整，具有較強的適應性。

通過上述各個單元的緊密配合，整個系統不僅實現了高效、安全、穩定的氣體供應，還具備良好的擴展性和適應性，能夠滿足未來工業發展的多樣化需求。這種設計理念和技術實施，為工業氣體集中供氣站的長期可靠運行提供了有力保障。

1.4 能源效率與成本分析

2 測試與驗證

2.1 測試方法

本次測試采用一系列方法來確保系統的可靠性和安全性。測試過程包括靜態和動態兩個部分。靜態測試關注組件的耐壓性和密封性能，通常采用Ptest=Pworking×1.5的公式，式中，Ptest為測試壓力，Pworking為系統的正常工作壓力。動態測試則模擬實際操作條件下系統的響應，包括對流量控制器的響應時間、安全閥的開啟壓力及報警系統的觸發條件進行檢測。數據收集使用傳感器和數據記錄儀進行，以確保測試過程中所有關鍵參數的準確記錄。

2.2 數據收集

在工業氣體集中供氣站的測試與驗證階段，數據收集的過程精確且系統化。采用了多點傳感器布局，對關鍵操作參數進行實時監測，這些參數包括壓力、溫度、流量和氣體純度等。傳感器的數據輸出被直接傳輸至中央數據處理系統，該系統配備了先進的數據采集軟件，能夠實時記錄和分析數據。為了確保數據的準確性，所有傳感器都經過校準，以符合國際測試標準。在數據記錄方面，采取了時間戳記的方式，確保能夠追溯每一個數據點的具體發生時間。此外，還設立了數據冗余機制，以防止數據丟失或損壞。這個過程確保了在后續分析中能夠準確地評估系統的性能，并對設計進行必要的調整和優化。數據收集的多層次系統不僅涵蓋了從傳感器到數據處理的所有環節，還包括了數據的存儲和備份。為保證數據的完整性和連續性，采用了分布式存儲系統，將數據存儲在不同的物理位置，從而提升數據的安全性。同時，定期進行數據備份，避免因硬件故障或其他意外情況導致的數據丟失。在數據傳輸過程中，應用了加密技術，確保數據在傳輸鏈路上的安全性和保密性。

2.3 結果分析

在數據收集階段完成后，進行結果分析，這一階段對于驗證工業氣體集中供氣站設計的成功至關重要。通過使用統計軟件和數據分析工具，本研究對收集到的數據進行了深入的定量分析。主要關注參數包括氣體流量的穩定性、系統壓力的維持能力、以及安全閥和報警系統的響應時間。通過對比測試結果和設計指標，評估系統的性能是否達到了預定目標。在發現任何偏差時，進行了歸因分析以確定可能的原因，并提出了相應的解決方案。具體的數據結果見表1。

從表1數據可以看出，大部分測試項目的實測值均達到或優于設計指標，顯示出系統設計的高度精確性和可靠性。具體而言，壓力維持的實測值為148 psi，略低于設計指標的150 psi，偏差為-1.33%，但仍在允許范圍內。這表明系統在壓力控制方面表現穩定，能夠有效地維持設定的工作壓力。對于流量穩定性，實測值的±1.8%優于設計指標的±2%，顯示出系統在調節流量時的高度精準和穩定性。響應時間測試結果顯示，系統的反應速度為4.6 s，優于設計要求的5 s以內，證明了系統的快速響應能力。在安全閥開啟測試中，實測值略高于設計指標，表明安全閥的開啟壓力略高于預期，可能需要檢查閥門的靈敏度以確保安全性。最后，系統泄漏率的測試結果為0.09%，低于設計指標的0.1%，這表明系統在密封和安全方面的表現良好，符合工業安全標準。測試結果顯示該工業氣體集中供氣站設計在多個關鍵性能指標上達到或超出了預期目標，顯示出系統的高效性和可靠性，但在安全閥設計上還有進一步優化的空間。

3 結束語

文章所設計的工業氣體集中供氣站在性能上達到了預定的指標，證實了設計的可行性與實用性，不僅提升了工業氣體的供應效率和安全性，還考慮了經濟和環境因素，并展示了對未來趨勢的適應性。通過文章研究，為工業氣體供應的可持續發展提供了堅實的理論和實踐基礎，同時也為相關領域的技術進步作出了貢獻。盡管在實踐中可能會遇到預料之外的挑戰，但通過不斷的優化和調整，可實現供氣站設計與運營的最優化。

參考文獻

[1] 何正友.城市集中供熱管網的優化設計探討[J].現代工程項目管理，2023（9）：207-209.