航空工业工程项目压缩空气管道设计要点

航空工业工程项目压缩空气管道设计要点摘要：本文从管径，材质，坡度与放水，布置方式等几方面讨论了低压压缩空气管道在航空工业工程项目敷设时需要注意的问题，为设计者从安全设计，气体品质，降低能耗等几个压缩空气设计关键部分提供借鉴和依据。

关键词：压缩空气，安全，能耗，气体品质Abstract:Some problems which exist in designing pressure compressed air pipe laid in aviation industry will be discussed in this paper from several aspects, such as: the pipe diameter, material, slope, drainage and arrangement mode. This paper will provide reference and basis for designers from safety design, air quality and energy consumption.Keywords:compressed air; safety; energy consumption; air quality.1. 前言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，其管道的设计合理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、干燥器等压缩空气源头对品质有决定意义外，其输配管道的设计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空压机、过滤器、干燥机等压缩空气源头对压缩空气处理品质影响的情况，而往往忽略了沿程压缩空气管道材质。

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。

但这两种钢管都不耐腐蚀，内壁都比较粗糙，不适合用于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，分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。

工程上主要使用的06Cr18Ni9（304）和06Cr17Ni12Mo2（316）属于奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢有着优良的机械性能和耐腐蚀性能，是不锈钢中最重要的一类钢。

不锈钢耐腐蚀，其基本原因是钝化膜理论。

所谓钝化膜就是在不锈钢的表面有一层以Cr2O3为主的薄膜，这个膜使不锈钢基体在各种介质中的腐蚀受阻。

但是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。

但要注意不锈钢的耐蚀性是有条件的，一个牌号的不锈钢在某一介质中是耐腐蚀的，但在另一介质中可能会遭到破坏。

同时不锈钢的耐蚀性也是相对的，到目前为止，没有一种不锈钢在所有的环境中都是绝对不腐蚀的。

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，一般的压缩空气管道材料选用应符合下列规定[2]：1) 无干燥净化要求的压缩空气管道可采用碳钢管。

2) 压力露点低于等于10℃，高于-20℃或含尘粒径小于等于40μm大于5μm的干燥和净化压缩空气管道，可采用经钝化处理或热镀锌的碳钢管。

3) 压力露点低于等于-20℃高于等于-40℃或含尘粒径小于等于5μm，大于等于1μm的干燥和净化压缩空气管道，宜采用不锈钢管或铜管。

4) 压力露点低于-40℃或含尘粒径小于1μm的干燥和净化压缩空气管道，应采用不锈钢管或铜管。

对于近年来出现的PVC塑料管、铝塑管、不锈钢复合管等新材料，由于尚无完整的施工验收规范与其配套，使用尚不成熟。

下表1是不同场合压缩空气管道的管材推荐选用表，方便设计人员选用。

表1 不同场合压缩空气管道的管材选用表设计压力（MPa） 1.0＜P≤3 3.0＜P≤10 10.0＜P≤35.0使用地点使用限定管材一般场所有洁净、干燥要求一般场所有洁净、干燥要求一般场所有洁净、干燥要求焊接钢管××××××无缝钢管√×√×√×不锈钢板卷焊管〇√××××不锈钢焊接钢管〇√××××不锈钢无缝钢管〇√√√√√铜及铜合金拉制管〇×〇×〇×铜及铜合金挤制管〇×〇×〇×注：“√”推荐采用，“〇”允许采用，“×”不允许采用。

3. 管径当输送流体的能力一定时，管径大小直接影响经济效果。

管径小，介质流速高，管路压力降大，增加流体输送设备的运行费用；反之，增大管径，动力运行费用减少，但是管路建造费用增加。

因此，为求得其矛盾的统一，设计上必须选择合理的管径。

管路压力降计算的目的，是根据介质流量及允许的压力降来确定管径或根据管径和介质流量来验算压力降。

确定管径时应根据运行中可能出现的最大流量和允许的最大压力降来计算。

经济流速、管径、压力降这三者之间是密切相关的，它们之间的选择与确定应该根据介质性质、操作情况、建设投资和操作费用、项目建设要求等情况具体确定。

经济管径采用经济流速确定，主管一般压缩空气流速取经济流速8～12 m/s。

当与空压站距离近的时，设计流速可以适当放大，管径可以适当缩小以降低初投资。

当距离空压站远的时候相反，为了减小末端的压降，可以适当减小流速，增加管径。

下表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 国际上使用流速国家与地区压力（MPa）流速m/s俄罗斯≤1.0 8～16德国≤1.0 10～15俄罗斯 2.0～3.0 ≤8俄罗斯 3.0～10 ≤6俄罗斯10～20 ≤3.5捷克≤10 20～25西欧≤10 20～25表3 国内推荐流速设计压力（MPa）流速（m/s）0.1≤P≤10 8～1610＜P≤35 16～2035＜P≤42 10～154. 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，若压缩空气管道中的积水不排除，不仅会加快管道的腐蚀，降低管道的使用寿命，更重要的是降低了压缩空气的品质，影响了诸如仪表、涂装、测试等用气设备的生产质量，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，不论是在室外厂区动力管道，还是室内车间动力管道，往往留给管道敷设的空间很小，而且在此空间内有时还有许多其他管道如冷热水管道、风管、水管、电缆管等，那么留给动力管道的空间就更加有限了，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，如果经过干燥处理的压缩空气其压力露点温度比环境温度低，在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。

但具体设计时，还需考虑：（1）适当设置若干放水管；（2）为提高放水效率的集水器；（3）管道环状布置时为提高吹扫效果而采用三通弯头等。

但当管路采用环状布置时[3]，弯头结构形式处置不当，会存在一个水压试验后放水吹扫不彻底、效果差的问题。

如何防止吹扫效果差、品质不达标，这是压缩空气管道环状无坡度敷设所要注意的问题。

要防止放水后吹扫效果差，措施是在环状布置的转弯处，取消常用的直角弯头，而采用三通弯头加法兰盲板的形式，如图1所示。

图1 压缩空气管道集水器布置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一般为树形和环状形，为了防止增加设备或生产线时造成某一支路气量不够，建议采用环状形，能防止气压不足，也方便以后改扩建。

(2)压缩空气主管路应量避免出现急转弯道(内角小于90°)现象，压缩空气支管路是主管路的分支时，应采用“鹅颈”状连接方式，以免主管路中的冷凝物直接进入到支管道中。

(3)在分支管路末端低处安装一个排污口，以便不定时对管路中的污物进行排放。

(4)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。

（5）如果厂房面积很大，管路很长，阀门弯头多，尤其又是三班制的企业，在中班和深夜班次，用户负荷大大减少时，管网压降也相应减小，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,，在空压机房内设置分气缸，这样就可以根据用户生产工艺要求，调节控制供气压力和流量，既杜绝了非用气车间的漏泄量，又可经济合理地调节空压机运行工况。

（6）应尽量避免高压压缩空气降压使用，选用相应压力的管网供气是比较经济合理的，对于瞬时用气量大，平均用气量小的设备，为了降低整个管网的投资、减少泄露以及瞬时不影响别的用气点压力，建议尽量采用临近放置气罐的方式。

5.结论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。