摘要：针对压缩空气在油气处理站场中的广泛应用，本文详细地介绍了压缩空气站设计中需要考虑的各种因素，如压缩空气的性质、压缩空气站流程以及压缩空气系统内主要设备的选型、控制原理和以及计算，对压缩空气站的设计具有一定的指导意义。

　　关键词：压缩空气站;仪表风;工厂风;空气压缩机;Lead-Lag控制;空气缓冲罐;吸附式干燥。

　　目前，随着自动化控制技术在油气行业的普及和应用，油气处理站场的自动化程度也越来越高。自动化控制技术的实现是通过各类控制仪表来完成的，而这些控制仪表的动力源主要有电力驱动、液压驱动和气压驱动，电力驱动和液压驱动往往价格高昂、结构复杂且不易防爆，而采用气压驱动技术价格低廉、结构简单且易防爆，因此目前油气处理站场上自动化仪表控制动力源大多采用气动控制。自动化仪表气动控制采用的能源是压缩空气，压缩空气是经过一定处理工艺处理后满足一定压力、温度和露点等特殊要求的空气，油气处理站场压缩空气系统的设计就是要选择合理的处理工艺，将普通的空气转化为合格的压缩空气。

　　目前，虽然国内有压缩空气系统设计方面的标准和规定[1](如GB50029-2003 压缩空气站设计规范)，但总的来说其内容稍显笼统和宽泛，对压缩空气系统设计上的某些细节阐述不够详细(如压缩空气耗量、压缩空气质量要求等)，而这些细节往往会影响压缩空气系统设计的合理与否，因此作者结合自身工作实际经验，详细地阐述一下油气处理站场压缩空气系统的设计。

　　1 压缩空气的性质

　　在阐述压缩空气系统设计之前，首先要了解一些压缩空气的主要性质，如压缩空气的分类、压缩空气的质量要求、压缩空气耗量的规定等等。

　　1.1 压缩空气的分类

　　应用在油气站场中的压缩空气可分为仪表风气(Instrument Air)和工厂风气(Plant Air、Service Air或Utility Air)，它们在油气站场内的应用是各不相同的： 仪表风气：主要是为各类控制阀(Control Valve)、紧急关断阀(Emergency Shutdown Valve)和紧急泄放阀(Emergency Blowdown Valve)提供驱动力。仪表风气气源质量要求很高，这主要是为了防止压缩空气析出凝液和杂质堵塞气动阀门驱动装置; 工厂风气：主要是为气压提升机、气动扳手、喷砂除锈机、油漆喷涂机等气动设备提供动力，同时还要用工厂风气吹扫待维修的油气处理设备，只有在待维修设备吹扫完毕后维修人员方可入内进行焊接、切割等动火操作，这是因为如果烃类蒸气吹扫不干净就进行动火操作的话可能会引起爆炸，危及人身安全。工厂风气源质量要求不高。 油气站场压缩空气系统的设计主要目的是保证生产出合格的仪表风气和工厂风气，以满足压缩空气系统下游各类气动控制阀和各类气动设备的驱动要求。

　　1.2 压缩空气耗量计算

　　1.2.1 仪表风气耗量的计算

　　一般情况下，油气处理站场内消耗仪表风气的主要设备有：各类控制阀的执行器(Control Valve Actuator)、紧急关断阀(ESD Valve)、紧急泄放阀(Blowdown Valve)、顺序阀(Sequencing Valve)、在线分析仪(如气相色谱仪)等。仪表风气量在正常工况(Normal Condition，101.325kPaa@0℃)下耗量的计算可由下面的规定进行大体的估算[2,3]： 控制阀门每个控制回路(Loop)仪表风气耗量：0.62~0.93scfm(1~1.5Nm3/hr); 紧急关断阀和紧急泄放阀(一般采用直角回转球阀Quarter-turn Ball Valve)仪表风气耗气量：0.06scfm(0.1Nm3/hr); 顺序阀仪表风气耗气量：0.12scfm(0.2Nm3/hr); 气相色谱仪(Gas Chromatographs)仪表风气耗气量：10scfm(16 Nm3/hr)。 若油气处理站场内有橇装设备(如透平驱动式离心式压缩机橇、饮用水处理橇、火炬橇等等)而设计人员无法获知橇内共有多少控制阀和紧急关断阀的情况下，要向该类橇装设备厂家咨询，以获取仪表风气耗量。

　　在采用上面的规定计算完正常工况下仪表风气耗量后，还要取30%的裕量，以防止可能会出现的耗气量波动等情况。

　　1.2.2 工厂风气耗量的计算

　　油气处理站场一般都需要使用工厂风气来驱动各类气动工具，或使用工厂风气吹扫待维修的油气处理设备，但是使用工厂风气操作的频率一般都不高，且同时使用多种气动工具的几率很小，因此在没有详细规定的情况下，工厂风气的耗量可取70 Nm3/hr，该耗量允许同时运行一台喷枪(Blow Gun，耗气量为20 Nm3/hr)和至少一台下列气动设备：风钻和风锤(Drill and Hammer，耗气量为12~80 Nm3/hr)、3’’~8’’气动砂轮机(Grinder，耗气量为20~85 Nm3/hr)、气动扳手(Wrench，耗气量为30~50 Nm3/hr)[2, 3]。

　　1.3 压缩空气的质量要求

　　1.3.1 仪表风气的质量要求

　　按照IEC654-2、IEC60654-2和ISO8573-1的规定，合格的仪表风气应该不含油滴和其他液滴，不含有毒的、有腐蚀性的和易燃易爆的气体，固体颗粒含量少于0.1g/m3，且最大固体颗粒直径不大于3微米。

　　对于仪表风的气源压力规定，IEC60654-2和GB/T17214-2005以及GB/T4830规定的气源压力范围为：130kPa~150kPa、130kPa~210kPa和420kPa~700kPa，且仪表输入端的气源公称压力值为140、260、350、550和700kPa。在设计时，为确保站场仪表风压力足够，往往都是取最大气源压力，即仪表风气设计压力取700kPag。某些气动仪表可能不需要这么大的气源压力，此时往往需要在气动仪表入口安装一个减压阀，从而将气源压力调节至仪表所需的工作压力。除了满足仪表风气设计压力700kPag的要求外，还要求保证将仪表风输送至最远用户处的剩余压力不低于550kPag，且仪表风供气系统任何一点处的压力不允许低于420kPag。

　　对于仪表风的压力露点值(设计压力下的露点值)规定，不同的规范有不同的要求，IEC654-2、IEC60654-2、配管手册《Piping Handbook》以及壳牌Shell公司规定的仪表风压力露点值是在最大工作压力下(700kPag)露点值比最低环境温度低10℃。但是如果压缩空气系统发生泄漏或系统内设备放空时，膨胀制冷效应会导致系统内析出凝液，并会有结冰现象出现，此时压力露点比最低环境温度低10℃是很容易达到的，因此很多规范认为这个压力露点取值是不安全的，美国气体供应商协会的GPSA标准以及ANSI-ISA 7.0.01推荐的压力露点值是在系统最大工作压力(700kPag)下露点值取-40℃，即压力露点为-40℃@700pag，因此设计过程中在确定仪表风压力露点值时可考虑使用这个数值[4, 5]。

　　目前，ISO8573-1是国际公认的压缩空气质量标准，这个标准对压缩空气质量等级划分见下表1所示：

　　表1 ISO8573-1对压缩空气质量等级划分 压缩空气

　　质量等级 固体颗粒

　　(每立方米压缩空气内包含的最多固体颗粒数) 水含量(最高值)

　　(压力露点，℃) 油含量

　　(mg/m3) 0.1~0.5微米 0.5~1.0微米 1.0~5.0微米 1 100 1 0 -70 0.01 2 100,000 1,000 10 -40 0.1 3 — 10,000 500 -20 1 4 — — 1,000 3 5 5 — — 20,000 7 — 6 — — — 10 — 假设规定的压缩空气质量等级为4.2.3，则表明该压缩空气内所包含的颗粒直径为1.0~5.0微米固体颗粒数量为1000个/m3、压缩空气压力露点值是-40℃、且压缩空气内油含量小于1mg/m3。

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