氧化铝厂空压站的设计

邱佳文 陈蓓(东北大学设计研究院(有限公司)，辽宁 沈阳 110166)

0 引言

空压站氧化铝厂各生产工段、通风除尘以及仪表提供所需的压缩空气，空压机的作用：(1)提高压力；(2)输送气体。氧化铝厂预脱硅及高压泵房、测流苛化、分解分级等需要压缩空气提料；溶出及稀释、氢氧化铝焙烧需要压缩空气吹扫；分解分级、细种子过滤及洗涤、综合过滤需要压缩空气反吹过滤机；还有一些泵、气动阀和仪表也需要压缩空气。

1 空压站热负荷计算

计算压缩空气热负荷根据工艺提的压缩空气使用量来计算，若为间断用气，则取间断用气的最大量乘以间断系数(一般可以取0.7)；若为连续用气，则取连续用气最大量，最后加和取整，就是压缩空气最大热负荷。

考虑当地气候条件、管网漏损、间断用气同时使用系数等综合因素，压缩空气设计热负荷=压缩空气最大热负荷×1.15。

2 管径计算

压缩空气管径计算按体积流量计算：

式中：d为管道内径；qv为工作状态下的体积流量(m3/h)；q0为标准状态下的体积流量(m3/h)；w为工作状态下的流速(m/s)；t为工作状态下，介质的温度(℃)；p为工作状态下，介质的绝对压力(MPa)。

3 空压站设备选型

3.1 空压机选择

螺杆机一般流量Q≤100m3/h，最大能达到120m3/h，离心机一般流量Q＞100m3/h，最小为70m3/h。根据压缩空气的设计热负荷选择选择不同的空压机设备，另外留有备用。

3.2 空压站管道系统及配有的设备

氧化铝厂的压缩空气一般有三种：高压用压缩空气：0.6MPa、40℃；低压用压缩空气：0.3MPa、40℃；仪表用压缩空气：0.6MPa、40℃(干燥，需配干燥机)。

选择不同的空压机，会对应有不同的系统。风冷螺杆机有压缩空气管道系统、排污管道系统，配储气罐。若为风冷无油螺杆机，风冷喷油螺杆机需要配有除油过滤器、除尘过滤器。水冷螺杆机有压缩空气管道系统、排污管道系统、循环冷却水管道系统，配储气罐。若为水冷喷油螺杆机需要配有除油过滤器、除尘过滤器。水冷离心机有压缩空气管道系统、排污管道系统、循环冷却水管道系统，配自洁式过滤器(带有反吹气系统)、消音器、除尘过滤器。

3.3 空压机及配套设备

3.3.1 螺杆机

具有螺旋形状旋转活塞的容积式压缩机，其原理是在1930年提出的，当时需要在一种变工况下大容量，稳定流动的旋转压缩机。螺杆压缩机由一对随彼此向前推动的阴阳转子作为主要件，阴阳螺杆与机壳之间的容积减少，基于转子长度、排气口和节距的形状差异决定了一个螺杆压缩机主机的固定内压缩比。当压缩比和目标作业压力相适应时可以达到最佳的工作效率。无油螺杆机得益于其外部齿轮，可以让一对同时进行相对转动的转子保持转速同步。由于不与机壳接触的转子之间相互不接触，从而使压缩腔中无需润滑。喷油螺杆机的工作原理是将液体同时喷入压缩腔和压缩机轴承，以此达到压缩机的冷却和润滑之目的。有良好润滑作用的润滑油作为喷液的常用液体，可以发挥以冷却压缩机主机为主、以降低气体从进气口露回为辅的实际作用。

3.3.2 离心式空压机

具有径向排气特点的离心式空压机，其叶轮上的叶片呈径向状态分布，从中央进入螺旋叶轮的空气由于离心力的作用被甩向叶轮外围。同时扩压器和蜗壳可以完成动力和压力的变换，然后进入下一个叶轮。

3.3.3 自洁式过滤器

自洁式空气过滤器的工作原理是将空压机入口与净气室出口进行连接，利用负压的作用将将加工空气从大气中吸入。经过过滤滤筒的空气中存在的灰尘颗粒可以再滤料的迎风表面形成一层提高过滤效果的尘膜，但是也会增大气流的阻力。电脑根据迎风表面的阻力高限和初始阻力控制自洁系统进行粉尘的清理工作。自洁式过滤器对于粒径≥2μm的微粒其滤除效率不应低于99.5%并且洁净时的压力降不应大于500Pa[1]。

3.3.4 干燥机

加热再生吸附式干燥装置或压缩热再生吸附式干燥装置适用于工作压力小于10MPa、单台处理气量大于20m3/min或工作压力大于或等于10MPa、单台处理气量大于3m3/min的吸附式干燥装置；冷冻式干燥装置或压缩热再生吸附式干燥装置适用于压缩空气湿度等级要求不高于5级时[1]，其优缺点对比如表1所示。

表1 余热再生吸附式干燥机、微热再生吸附式干燥机、冷冻式干燥机优缺点对比

3.3.5 储气罐

用于储存气体同时具有稳定系统压力作用的储气罐一般由筒体、法兰、封头、密封元件接管、支座以及必要的安全装置等零部件构成。以罐体材质的不同可以划分为：碳素钢储气罐、不锈钢储气罐和低合金钢储气罐。氧化铝厂一般取8～10m3储气罐即可。

3.3.6 除油、除尘过滤器

应在空气干燥装置(干燥机)前后设置压缩空气净化过滤器(除油、除尘过滤器)[1]。油、水、颗粒尘埃和锈是自然空气不可避免的杂质，为了保证产品质量、降低生产损耗同时减轻维护成本，需要对这些杂志进行去除。除油、除尘过滤器可以有效提高压缩空气品质。

3.3.7 起重设备

应当设置检修用起重设备的条件为：存在额定之容积流量≥20m3/min的单台压缩机以及空压站之总安装容量≥60m3/min时，起重能力应当大于检修中空压机组中最重的起吊部件质量[1]。

4 空压站厂房

4.1 生产火灾危险性类别和房间布置

空压站的生产火灾危险性类别：不喷油螺杆空气压缩机组成的空压站为戊类；喷油螺杆空气压缩机或离心机组成的空压站为丁类[1]。

空压站靠近用气负荷中心，考虑有扩建的可能性，宜位于有害物质场所全年最小频率风向的下风侧。装有离心空气压缩机的空压站，当单机额定功率大于或等于75kW或总台数大于3台时，宜为独立建筑物[1]。

专门检修场地的面积不宜大于一台最大空压机组占地和运行所需面积[1]。

应当基于符合设备拆装起吊和通风且净高不宜＜4m的实际需要，确定空压站机器间屋架的梁底或下弦高度。在夏季热但冬季冷或暖的地区同时机器之间跨度＞9m时应当设置天窗[1]。离心空压机站的安全出口不应少于2个，且必须有1个直通室外[1]。压缩空气站宜设隔声值班室[1]。

4.2 设备布局与定位

空压机宜靠外墙布置(图1)。

储气罐布置在空气压缩机与干燥净化装置之间，宜置于独立建筑物中或位于建筑物阴面的室外[1]。

图1 空压站设备布局

空压机额定容积流量10≤Q<40m3/min，压力小于10MPa的空压机组机器间通道的净距[1]，离心空压机需要抽芯，因此净距要根据设备厂家提供的资料确定。

5 其他配套专业要求

5.1 空压站自控

控制室设计算机控制系统。计算机显示测量数据如下：

压缩空气总管压力(压力：P≤1.0MPa)、压缩空气总管温度(温度：T=45℃)、压缩空气总管流量 (流量0～QNm3/min)，除尘过滤器前后压差、除油过滤器前后压差。

就地仪表：(1)干燥机进、排气口压差(≤0.05MPa)；(2)其他就地测量仪表随设备自带。

5.2 空压站电力

机器间设置380V和220V专用检修电源；车间按规定设照明。

5.3 空压站给排水

设备循环冷却水量按照设备厂家提供的资料；卫生间设洗手盆，拖布池；冷却循环水水质要求：冷却循环水水质应符合GB/T 50050—2017《工业循环冷却水处理设计规范》规定。