1.3.2 工厂风气耗的质量要求

　　对工厂风气质量没有特殊的要求，压缩机压缩后的空气经后冷器和气-水分离器脱除凝液后即可作为工厂风气使用，此时工厂风气相对湿度达100%，但要求工厂风气的压力要维持在600~700kPag。

　　2. 压缩空气系统的设计

　　压缩空气系统的设计要能为下游用户提供满足质量和数量要求的合格的仪表风气和工厂风气。

　　2.1 压缩空气系统主要流程描述

　　压缩空气系统的主要流程如图1所示，其主要流程描述为：经过空气压缩机压缩后的空气温度升高，因此采用后冷器冷却高温压缩空气，冷却后的压缩空气会有水和油滴(喷油螺杆压缩机)析出，此时采用分离器将凝液分离出来。经过分离器处理后的压缩空气首先储存在工厂风缓冲罐内，此时一部分压缩空气即可作为工厂风气输送给工厂风用户，其余的压缩空气则流向仪表风气处理系统：首先通过前置过滤器，对压缩空气进一步过滤，经过过滤净化后的压缩空气进入吸干机，采用吸干机将压缩空气的露点降至要求值，吸干机吸干后的压缩空气再经过后滤器过滤净化，净化后合格的压缩空气储存在仪表风缓冲罐内，此时即可向仪表风下游用户提供合格的仪表风气了。

从流程描述上可以看出来压缩空气系统主要设备有： 主备用电动机驱动空气压缩机(Main and Standby Electric Driven Compressed Air Compressor); 柴油引擎驱动紧急移动式空压机(Diesel Engine Driven Emergent Portable Air Compressor); 后冷器(After-cooler); 气-水分离器(Moisture Separator); 前置过滤器和后置过滤器(Pre-filter and After-filter); 空气干燥机(Air Dryer); 仪表风缓冲罐和工厂风缓冲罐(Instrument Air Receiver，Plant Air Receiver); 自动排液阀和减压阀(Automatic or Timer-based Drainer，Pressure Regulator)。 图1 压缩空气系统典型流程图

　　2.2 空气压缩机

　　压缩空气系统内用到的压缩机主要分为两类： 第一类是主用、备用压缩机，正常运行时压缩空气系统主要采用主用、备用压缩机进行压缩，这类压缩机主要采用电动机驱动，且要有双电源供电系统，即市电和紧急柴油发电机供电，市电为第一电源(在没有市电的边远偏僻地区，可采用燃气发电机供电作为第一电源)，紧急柴油发电机供电为第二电源; 第二类是紧急移动式压缩机，它只有在紧急状况下才使用，这类压缩机采用柴油引擎驱动。紧急移动式压缩机不是必需的，只有在对压缩空气系统安全性要求比较高的场合才推荐使用。目前，壳牌公司标准Shell DEP、马来西亚石油公司Petronas标准以及美国Veco设计公司标准都推荐在压缩空气系统内使用紧急移动式压缩机。 目前，使用较多的空气压缩机类型主要有螺杆式压缩机(Screw Compressor)、往复活塞式压缩机(Reciprocating Piston Compressor)和离心式压缩机(Centrifugal Compressor)，当计算出来的压缩空气量Q≤2500Nm3/hr时可采用螺杆式压缩机或往复活塞式压缩机，而当计算出来的压缩空气量Q>2500Nm3/hr时采用离心式压缩机比较经济。

　　由于油气站场压缩空气需求量往往不是很大，因此螺杆式压缩机和往复活塞式压缩机在压缩空气系统里应用最广。而与螺杆式压缩机相比，往复活塞式压缩机易损件多、噪音大、效率低且供气不稳定，因此目前应用在油气站场压缩空气系统中的空压机(主用、备用和紧急移动式压缩机)大多采用螺杆式压缩机。

　　螺杆压缩机习惯按照冷却方式将其划分为喷油螺杆式压缩机(Oil-injected Screw Compressor)和干式螺杆压缩机(Oil-free Screw Compressor)。喷油螺杆压缩机通过对气缸喷入一定压力的润滑油，一方面吸收并带走压缩过程产生的热量，从而改善压缩过程的热交换，降低排气温度等;另一方面起润滑、密封和消声等作用，喷油压缩机由于排气温度低、压比高、泄露少、噪声小、结构简单、运行可靠等优点，因此比干式螺杆压缩机发展更迅速，在整个压缩机生产中占到80%。喷油螺杆压缩机流程图见图2[6]。

　　图2 喷油螺杆压缩机流程图

　　2.3 空气压缩机的Lead-Lag控制[3]

　　一般容积式空气压缩机(Positive Displacement Compressor)都要有Lead-Lag控制，而离心式压缩机却没有这种控制模式。Lead-Lag控制可以翻译为“压缩机的超前-滞后控制”，它是指将一台空压机作为Lead压缩机，而将另一台备用的压缩机作为Lag压缩机。通过Lead-Lag控制可以自动启停主备用空气压缩机，以防止仪表风气出现压力超高或压力超低的现象。

　　容积式空气压缩机的Lead-Lag控制一般是采用4个压力开关测量仪表风缓冲罐的工作压力波动，通过检测到的仪表风缓冲罐的压力来自动启停主备用压缩机。由于压缩空气系统内需要采用Lead-Lag控制模式的压缩机共有主备用2台压缩机，因此要想完成每台压缩机的启动和停止操作，必须采用4个压力开关才能完成控制。

　　压力开关安装位置的选择主要有以下两种方式： 直接安装在仪表风缓冲罐上; 安装在仪表风缓冲罐进口管线上。 由于取压点数目比较多，因此目前大多数的压力开关安装位置都放在仪表风缓冲罐进口管线上，如图1所示：在仪表风缓冲罐进口管线上安装4个压力开关，用这4个压力开关感受仪表风缓冲罐的压力变化并控制主备用压缩机的启停。这4个压力开关的设定值分别是PSHH(压力高-高)、PSH(压力高)、PSLL(压力低-低)和PSL(压力低)。

　　为了确定PSHH、PSH、PSLL和PSL的设定值，需要知道仪表风缓冲罐的压力波动范围： 对于仪表风缓冲罐下游没有减压阀门的情况 此时仪表风缓冲罐的压力波动范围应该是仪表风用户处的压力波动范围再加上输气沿线压降损失，即Pmin=550kPag+Ploss，Pmax=700kPag+Ploss。一般取Ploss=100kPag(这是估计值)，则此时可以确定仪表风缓冲罐的压力波动范围为(650kPag，800kPag)。 对于仪表风缓冲罐下游有减压阀门的情况 一般仪表风缓冲罐下游都要有减压阀门，如图1所示，在仪表风罐下游并排安装有2个PCV减压阀，减压阀前仪表风气压力很高，通过减压阀减压后将仪表风的压力降至用户所需的压力。采用减压阀的目的主要是考虑仪表风缓冲罐操作压力升高后，其尺寸会相应减小，否则如果没有减压阀可能缓冲罐的尺寸会很大。此时Pmin=550kPag+Pvalve+Ploss，Pmax=700kPag+ Pvalve +Ploss，其中Pvalve为减压阀全开时的压降值，一般可取Pvalve=200kPag(这是估计值)，此时仪表风缓冲罐的压力波动范围为(850kPag，1000kPag)。这个压力波动范围规定不是硬性的，不同的设计公司对该压力波动范围可能会有不同的规定，如(800kPag，1000kPag)、(800kPag，1100kPag)等等。

　　有了仪表风缓冲罐的压力波动范围就可以设定PSHH、PSH、PSLL和PSL了，一般取PSLL=Pmin，PSH=Pmax，PSL=PSLL+100kPag，PSHH=PSH+100kPag。例如对于仪表风缓冲罐下游没有减压阀门的情况Lead-Lag控制设定值见表2所示。

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