新版GB50029《壓縮空氣站設計規范》在站房布置、設備選型、系統流程等方面提出了許多新的規定，強調壓縮空氣站及其系統的節能、安全和環保。本文就有關條文進行了分析和闡述。

1、引言

　　國家標準《壓縮空氣站設計規范》(GB50029，以下簡稱《規范》)是由國家質監總局及住建部頒布的工程設計標準，主要用于規范各類工礦企業壓縮空氣站的工程設計，以保證安全生產、維護環境、節約能源、改善勞動條件，做到技術先進和經濟合理。該《規范》最近的一版是2003年頒布的，目前最新的修訂版(以下簡稱新《規范》)已通過部審并報批，新《規范》已于2013年頒布。本次修訂的許多條文主要針對壓縮空氣站系統的節能、安全運行，本文擬就這些內容進行一些分析。

2、設備的選型

　　為指導設計人員正確選擇壓縮機和干燥凈化裝置，使站房運行更加靈活和節能，新《規范》在工藝系統章節中增加了一些推薦性條文，這些條文的應用，對于淘汰落后產品，促進節能技術的發展有著重要意義。

　　(1)目前國內產量最大、應用面最廣的機型應屬單級噴油螺桿壓縮機機組，但是，它的比功率通常要比活塞壓縮機和離心壓縮機高10%～15%，當機組功率較大時，能源的浪費則相當可觀。因此，新《規范》規定:“當單臺壓縮機額定電機功率大于300kW時，不宜選用單級噴油螺桿壓縮機。”

　　(2)通常壓縮空氣系統設計和壓縮機選型配置原則都是按最大負荷條件(即100%負荷)，并且給予一定余量進行的。但在實際使用生產中，幾乎所有的系統都是在偏離設計工況負荷下運行。根據美國能源部2003年的調查數據，我國工業行業的空氣壓縮機的負荷率僅為66%，比全球平均水平低10%以上。現有絕大多數壓縮機負荷率調節裝置是進氣節流方式，這種調節方式是以多耗能為代價。以普通螺桿壓縮機為例，在低負荷狀況下，效率會大幅降低，若在70%負荷下運行，耗能是正常的1.3倍，50%負荷下運行，耗能是正常的1.7倍，負荷進一步降低，效率將急劇下降。以我國現有壓縮機負載率66%計算，耗能約是正常情況的1.4倍。

　　實際運行中，用戶用氣量經常是變化的，從而引起管網和壓縮機出口壓力的波動。為了保證使用壓力，通常控制這個壓力向上波動，使得壓力平均值高于需求，也帶來了額外的功耗。解決問題的關鍵是實現壓縮機高效變負荷運行。現在，常見比較節能的變負荷調節方式有調速、變容、進氣導葉調節等。變頻螺桿壓縮機調速，基本上能夠保證壓縮機的比功率變化不大，維持高效運行。另外其調速響應比較快，通過智能控制，能夠使得壓縮機的額定容積流量與用氣量很快地保持一致，使得管網壓力波動幅度很小，通常能夠達到0.01～0.03MPa，這樣能夠降低管網平均壓力，提高系統高效運行，一般能夠節約系統耗能5%以上。

　　因此，新《規范》規定:“工作壓力小于等于1.6MPa的空氣壓縮機組，在正常負荷下供氣壓力波動幅度不宜超過0.05MPa;當負荷變化較頻繁時，宜選用1～2臺具有變容或變頻等節能型氣量調節功能的壓縮機。”

　　(3)離心空氣壓縮機組在低于額定工況運行時，效率會大幅下降，且容易進入喘振狀態，所以，新《規范》規定:“離心空氣壓縮機各單機運行時其容積流量不宜低于額定容積流量的70%。”

　　(4)目前國內壓縮空氣系統常常低負載運行，造成壓縮空氣后處理設備低效率運行。在設計選型時干燥裝置通常是按照系統最大負荷來配置的，而且普遍沒有變負荷調節功能，當系統低負荷運行時，干燥裝置依然按照滿負荷方式運轉，耗電、耗氣不變，造成系統的運行效率下降。如果系統配置的是大型干燥器，集中干燥，系統的運行效率將更低。因此要求壓縮空氣干燥裝置的總處理容量，應能根據站房實際運行負荷進行調節。通常做法是干燥裝置與壓縮機采用一一對應的配置，當部分壓縮機停機時，相應臺數的干燥裝置也停止運行;另外，目前冷凍式干燥裝置、吸附式干燥裝置均已有變負荷技術，在系統設計時，推薦采用帶負荷調節功能的干燥裝置。因此，新《規范》規定:“壓縮空氣干燥裝置的總處理容量，應能根據站房實際運行負荷進行調節。”(5)目前常見的壓縮空氣干燥裝置中，干燥裝置相當于壓縮機耗能的比例，冷凍式約為3%～5%，加熱再生吸附式約為8%～10%，無熱再生吸附式、微熱再生吸附式約為18%，壓縮熱再生吸附式為1%～2%以下。在一般情況下，為節約能耗，選型干燥裝置時，應盡可能選用能耗少的干燥裝置。新《規范》規定:“工作壓力小于10MPa、單臺處理氣量大于20m3/min或工作壓力大于等于10MPa、單臺處理氣量大于3m3/min的吸附式干燥裝置，宜采用加熱再生吸附式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置”，“壓縮空氣濕度等級要求不低于5級時，應選用冷凍式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置。”

3、系統流程的設計

　　壓縮空氣站工藝流程的合理設計是保障整個系統安全節能運行的基礎，新規范對原規范有關條文進行了完善和補充，使工程設計人員在工藝設計時有據可依。

　　(1)在壓縮空氣站設備工藝流程上最常見的錯誤是將儲氣罐設在干燥設備后面。主要是因為這樣布置操作較方便，由于干燥器與壓縮機一起設在同一機器間內，而儲氣罐常常布置在室外，這樣布置可以避免管道折返。實際上，正確的設計應該是將儲氣罐設置在干燥裝置之前，這是因為一方面儲氣罐具有一定的除油水功能，布置在干燥凈化設備之前可以減輕其負擔，另一方面，活塞空氣壓縮機或隔膜空氣壓縮機均屬于往復式壓縮機，排氣氣流脈動很大，直接進入吸附式干燥裝置會令干燥劑破碎，減少使用壽命。因此，新《規范》規定:“儲氣罐宜布置在空氣壓縮機與干燥凈化裝置之間”;“裝有活塞空氣壓縮機或隔膜空氣壓縮機的壓縮空氣站，其吸附式壓縮空氣干燥裝置應設在儲氣罐后”。

　　但有的壓縮空氣系統需要儲氣罐瞬間釋放大量壓縮空氣，例如空氣錘、氣動啟動系統等[9，16]，這種情況下儲氣罐設置在干燥凈化裝置前則會大大增加干燥凈化裝置容量，為解決這類問題，新《規范》規定:“當負荷要求儲氣罐瞬間釋放超過干燥凈化裝置處理量的壓縮空氣時，應在干燥凈化裝置后另行設置儲氣罐。”

　　(2)不同壓力的空氣壓縮機串聯運行時，需在高、低壓縮機之間設置緩沖罐，以平衡二者之間的進、排氣流量。為此，新《規范》規定:“不同壓力的空氣壓縮機串聯運行時，應在2臺空氣壓縮機之間設緩沖罐，并應在后置空氣壓縮機后設儲氣罐;緩沖罐的容積，應根據高、低壓壓縮機之間進、排氣流量的平衡需要進行匹配。”

　　另外，在這種情況下，干燥裝置如果設在后置空氣壓縮機后，將使干燥裝置壓力等級大大提高，增加設備成本，因此，新《規范》規定:“采用不同壓力的空氣壓縮機串聯運行系統時，壓縮空氣干燥裝置應設在緩沖罐與后置空氣壓縮機之間。”

　　(3)空氣壓縮機在壓縮空氣時會產生大量的熱量，這些熱能可利用來采暖、洗浴、加熱鍋爐給水或用于干燥劑的再生等，技術上已很成熟，因此新《規范》規定:“壓縮空氣站，宜對壓縮熱能回收利用。”

　　(4)管道系統設計不當容易造成壓降過大，浪費能源，一些資料提出空氣壓縮機管網壓降應控制在10%以內。新《規范》規定:“工作壓力小于1.6MPa的壓縮空氣管道系統，從空氣壓縮機出口到最不利點的壓力損失不宜超過空氣壓縮機排氣壓力的10%。”

4、安全運行的考慮

　　由于壓力范圍擴大，壓力高于10MPa的高壓壓縮機和串聯運行的壓縮機均列入了此次修訂增加的內容，鑒于其危險性和特殊性，規范在這方面補充了一些條文。另外，為保證壓縮機的正常運行，增加了對其進氣過濾裝置的精度要求及一些控制保護項目的要求:

　　(1)配氣臺間、儲氣罐間、充瓶間，為高壓壓縮空氣站常見的生產運行房間，偶發事故的部位也多在這些地點。配氣臺間的操作相應較多，雖無噪聲但需人員值守，時時監控、調整運行狀態，需要相對安靜的操作環境;儲氣罐有一定的爆炸危險性，在正常運行時，閥門等不必經常操作，設備相對為靜態，無機械噪聲;充瓶間內時常有裝卸氣瓶的操作，也有一定的危險性。因此，新《規范》規定:“工作壓力大于等于10MPa壓縮空氣站的配氣臺、儲氣罐、充瓶裝置，應分別布置在單獨的房間內，且房間內不應布置其它無關的設備。”

　　(2)工作壓力大于等于10MPa的壓縮空氣站，其設備與管道系統一旦發生事故，將對人身及財產造成很大危害。因此，新《規范》規定:“當工作壓力大于等于10MPa的壓縮空氣站與其他建筑物毗連時，應用厚度不小于200mm且無門、窗、洞的鋼筋混凝土防護墻隔開，并應設置直接對外的出入口。”其“配氣臺間與機器間或儲氣罐間應采用不小于200mm厚的鋼筋混凝土防護墻隔開”。

　　(3)考慮空氣中的灰塵對空氣壓縮機的使用壽命和檢修周期影響及高壓壓力狀態下壓縮空氣內的塵粒對管道的強力沖刷、磨損，對其吸氣過濾器提出具體參數要求以保證設備和系統的安全高效運行。原GB—T13276—1991《容積式壓縮機空氣濾清器》規定，40μm濾清效果大于95%，阻力損失小于800～1000Pa，API61《石油，化工和氣體工業用旋轉容積式壓縮機》提出入口濾清器應能在整個吸氣范圍內濾除97%的1μm或1μm以上微粒，最大壓降不得超過1200Pa[25];而幾大壓縮機制造商提出過濾精度要求為10～15μm。綜合相關資料和行業調查情況，新《規范》提出:“活塞空氣壓縮機、隔膜空氣壓縮機和螺桿空氣壓縮機的吸氣過濾器應能除掉最少99.5%的規格為15μm或15μm以上顆粒，其潔凈時的壓力降不應大于800Pa。”

　　根據API672《石油，化工和氣體工業用組裝型整體齒輪增速離心式空氣壓縮機》，要求“通過清潔過濾器元件的壓力降，應不超過5.0mbar(2英寸水柱)。進口流量范圍上，除掉最少99.5%的規格為2μm或2μm以上顆粒”。經調查，目前離心壓縮機過濾器精度一般高于此標準，故新《規范》規定:“離心空氣壓縮機吸氣過濾器應能除掉最少99.5%的規格為2μm或2μm以上顆粒，其潔凈時的壓力降不應大于500Pa。”4)當環境溫度大于40℃時，空氣壓縮機和電機壽命會大大減少，控制程度較高的機組還會因吸氣溫度過高自動停機;值班室、控制室是工作人員長期呆的地方，配氣臺間經常有人進入操作，根據現行的《工業企業設計衛生標準》的規定，溫度不應大于28℃[28]。因此，新《規范》規定:“壓縮空氣站工作時機器間內最高環境溫度不應大于40℃。隔聲值班室或控制室、配氣臺間的溫度不應大于28℃。通常應設通風或降溫裝置。”(5)為確保站房內設備安全運行，新《規范》增加了隔膜壓縮機熱工測量、熱工報警信號和自動保護控制的裝設要求，對原規范的相關條文也做了個別調整，在此不再贅述。

5、結語

　　新《規范》對原《規范》做了全面修訂，增加了許多有關壓縮空氣站節能、安全生產方面的條文，對于提高我國壓縮空氣站設計技術水平有較大的指導意義。