韦云飞 胡长才

(中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120)

1 概述

压缩空气是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源。压缩空气管道属于压力管道，设计施工运行中需要考虑安全因素;压缩空气也是整个厂区的耗能大户，其管道的设计对节约能源也有着重大意义;现代航空工业对压缩空气品质要求越来越高，除了空压机、过滤器、干燥器等源头对品质有决定意义外，其输配管道很大程度上也影响着压缩空气的品质。而管径、材质的选择、管道坡度与放水的设计及管道的布置方式等是压缩空气管道设计时最需注意的几个方面，本文就以上内容展开论述。

2 管材

在航空工业工程设计过程中，很多设计者主要关注压缩空气源头对压缩空气品质影响的情况，而往往忽略了沿程管道材质。结果就是源头空气品质处理的再好，经过沿程管路的污染，末端空气品质仍然不达标。压缩空气管材选取是否得当，直接影响末端压缩空气品质。下面介绍压缩空气管道主要应用的管材。

2.1 焊接和无缝碳钢钢管

低压流体输送用焊接钢管，用板材卷曲焊接而成，生产工艺简单，生产效率高，品质规格多，但一般强度低于无缝钢管，承压较低，压力过大的时候会通过焊接最为薄弱的地方逐渐侵蚀，长期破坏焊管分子结构，造成漏气;焊缝则容易在高压高速气流的长期冲刷下焊缝金属晶体剥落，影响气体品质。

输送流体用无缝钢管通过热轧或冷拔而成，周边没有焊缝，内壁平滑，受压均匀流畅，使用寿命更为长久，承压能力更好。但以上两种钢管都不耐腐蚀，内壁都比较粗糙，不适合在有洁净和干燥度要求较高的场合使用。

2.2 不锈钢管

不锈钢按组织结构可分为马氏体、铁素体、奥氏体和双相不锈钢。工程上主要使用的06Cr18Ni9(304)和06Cr17Ni12Mo2(316)属于奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢的机械性能和耐腐蚀性能非常良好。304不锈钢对土壤中氯离子含量要求比较严格，在一些氯离子含量比较高的地方需要使用316L不锈钢，316L超低碳不锈钢管材对海水和各种介质有良好的耐腐蚀性。但要注意不锈钢耐蚀性不是绝对而是有条件的，到目前为止还没有发现一种不锈钢在任何环境中都是绝对不腐蚀的，所以要根据具体的使用环境来选择使用不同型号的不锈钢。

2.3 铜管

铜管抗腐蚀性能低于不锈钢管，铜管在和水长期作用下，易发生铜绿，主要成分为碳酸铜，氢氧化铜化合物和硫酸铜。但是铜管管件比不锈钢便宜，材质比较软，适用于小管道，对细菌也有抑制作用，施工安装方便，在医用卫生行业应用较多，有《医用气体和真空用无缝铜管》［1］行业标准。

2.4 使用原则

根据如上所述的各种材料的特性，以下列出了不同场合压缩空气管道的管材推荐选用表，如表1所示［2］，方便设计人员选用。

表1 不同场合压缩空气管道的管材推荐选用表

3 管径

当输送流体量一定时，管径选择的大小直接影响着经济合理性。管径小，介质流速高，管路压力降会相应增大，空压机的运行费用就会增加;管径大，空压机运行费用就会减少，但是管路初期投资费用就会增加。因此，为达到合理经济，设计者必须选择合理的管径。管路沿程压降是管径考虑的最重要因素，确定方法就是根据管路流量及允许压降来确定管径，也可以根据管径和管路流量来验算压降是否符合设计要求。确定管径时应根据工艺设备运行时可能出现的最大流量和允许的最大压降双重因素来计算。工程上管径一般可根据经济流速来确定，低压压缩空气输气干管一般经济流速取8 m/s～12 m/s。当与空压站距离近时，设计流速可以适当放大。当距离空压站远时相反，可以适当减小流速，增加管径。表2为国际上使用的压缩空气流速，表3为国内推荐的压缩空气流速，可供设计者参考。

表2 国际上使用流速

表3 国内推荐流速

4 坡度与放水

压缩空气管道初期投入运行过程中，或是空压站气体处理不彻底，或是航空工厂非连续运行时外界含湿量大的空气侵入管网都会造成管道内积水，压缩空气管道中的积水如果不排除，一方面会加快管道的腐蚀，减少管道的使用寿命，更重要的是会降低压缩空气的品质，影响工艺设备的使用安全，造成产品的不合格。为了不影响末端设备的安全使用，及时恰当的放水很有必要。《压缩空气站设计规范》明确规定“设有坡度的管道其坡度不宜小于0.002”。在航空工业工程设计中，一般设计时管道都有坡度，但在很多情况下，往往留给管道敷设的空间很有限，很多情况下需要和别的专业管道共支架敷设。这时如果设计时只考虑有坡度时的放水，而没考虑现场施工的难度，结果就是现场很多情况都没按图施工，没达到设计需要的坡度，这也为以后气体品质埋下隐患。鉴于此，如果经压缩空气站处理的压缩空气压力露点温度比周围环境温度低，在沿程管道中不会有水分析出，对以上共支架压缩空气管道，宜采用无坡度安装方式。但在具体设计时，为了增加吹扫效果，以及避免平时运行时可能侵入的水分，还需考虑如下两个因素:1)压缩空气沿程适当设置一些放水管，放水管上应设集水器;2)当管道为环状布置时［3］，为提升管道吹扫效果应采用三通弯头等。这是因为当管路采用环状布置时，如果用普通弯头，会存在水压试验放水后吹扫不彻底、效果差的问题。

5 布置方式

压缩空气管网压力高，泄露点多，泄漏量大，合理的布置方式直接决定着节能减耗，下面介绍布置过程应注意的主要几个地方:1)厂房内压缩空气管道布置形式一般为树形和环状形，考虑到厂房后期可能增加生产线，此时可能会造成某一支路气量不足，建议尽量采用环状形布置，方便以后改扩建。2)压缩空气干管应当避免出现锐角拐弯，压缩空气支管与干管应采用“鹅颈”形连接方式，避免主管路中冷凝物直接进入支管路中。在分支管路末端低处设排污口，方便管路中污物排放。3)为了降低局部阻力，尽量选择局部阻力系数小的管路附件和阀门［4］，常开的阀门尽量选择闸阀等局部阻力小的阀门，弯头尽量选择弯曲半径大的机制弯头。4)如果厂房面积很大，管路很长，阀门弯头多，尤其又是三班制企业，在中班和深夜时，用户用气量大大减少，管网压降也相应变小，如果采用树枝状风管，不仅压降大，而且漏泄量也大。此时可以改为辐射状管网，在空压站内设置分气缸，这样就可以根据用户生产工艺的需求，调节供气压力和流量，既避免了非用气车间的漏泄，又可方便调节空压机的运行工况。

6 结语

本文通过对压缩空气管道管径、材质、坡度与放水、布置方式等几方面设计的讨论，能够更加合理优化管网、加强泄漏量的控制、减少管网压降损失，提高压缩空气品质，保证安全运行，降低动力能耗，具有较强的实际应用价值，最后将助推工艺设备的安全使用和航空工业产品的质量提升。

［1］YST 650-2007，医用气体和真空用无缝铜管［S］.

［2］GB 50029-2003，压缩空气站设计规范［S］.

［3］张 铭.动力管道无坡度敷设设计初探［J］.公用工程设计，2011(8)：87-90.

［4］施振球，赵廷元.动力管道设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2010：424-425.