煉鋼廠的壓縮空氣系統

壓縮空氣是在壓力下保持的空氣，其值大于大氣壓力（1.03公斤/平方厘米）。它是一種攜帶勢能的介質。

壓縮空氣在鋼鐵廠是一種廣泛使用的工具。它是儀器空氣的一個重要來源。除了完全干燥和沒有污染物的儀表空氣外，壓縮空氣在鋼鐵廠有以下三種主要用途。

用于高爐的高爐空氣

用于空分廠的氧氣、氮氣和氬氣的生產

一種具有多種用途的實用氣體。其中最主要的是氣動設備的運行。

通常情況下，高爐的冷風由渦輪鼓風機或電動鼓風機提供。在空分廠，有專門的壓縮機生產空分廠所需規格的壓縮空氣，用于生產氧氣、氮氣和氬氣。在壓縮空氣被用作公用氣體的情況下，鋼鐵廠通常有一個集中的壓縮空氣系統或/和局部壓縮空氣系統。

如果以每單位能量的交付為基礎進行評估，壓縮空氣是一種昂貴的公用事業。使用壓縮空氣的優點是，它可以很輕松地儲存在空氣接收器中，并且可以在短暫的需求高峰期隨時使用。

將電力轉換為壓縮空氣的效率低下，而且壓縮空氣的分配也有線路損失。盡管這類系統的總能耗通常較小，但由于其效率非常低，壓縮空氣系統是鋼鐵廠中最昂貴的能源。典型的壓縮空氣系統的能源效率約為12%至15%。 各種措施可以幫助壓縮空氣系統以最佳效果運行，并減少其能源消耗和成本。

鋼鐵廠的很多生產設備是由氣缸驅動的。這些設備包括自動進料設備、卡盤、夾具、壓力機、間歇性運動設備（包括往復式和旋轉式）以及很多其他設備。這類設備通常具有較低的空氣消耗量。 壓縮空氣操作的工具和設備通常被稱為氣動設備。氣動設備具有較高的輸出與重量比。它們使用空氣馬達，比電動或液壓馬達更小、更輕，為操作員提供更好的人體工程學。它們是艱難應用的理想選擇，特別是在高溫、骯臟的環境和頻繁的過載領域。雖然氣動設備確實需要定期維護以保持其最高效率，但它們在上述條件下是非?？煽康?，幾乎是堅不可摧的。

用于氣動設備的氣缸一般都有一個軟功能。當負載超過極限時，氣動設備只是停止工作，而當電動和液壓驅動設備過載時，既會對設備造成損害，也可能會傷害到操作者。

壓縮空氣系統由以下三個主要子系統組成。(圖1)

帶驅動和控制的壓縮機，中間冷卻，壓縮機冷卻，余熱回收，以及進氣口過濾。

調節和儲存設備，包括后冷卻器、接收器、分離器、捕集器、過濾器和空氣干燥器

壓縮空氣分配子系統，包括主線、通往特定用戶的支線、閥門、額外的過濾器和捕集器、空氣軟管、可能的補充壓縮空氣調節設備、連接器，通常還有壓力調節器和潤滑器。

圖1 壓縮空氣系統的組成

壓縮空氣的生產

壓縮空氣可以通過以下兩個過程產生。

動態壓縮，即把空氣的速度轉化為壓力。動態機器使用軸向和離心式葉輪向空氣傳授速度，然后將其轉換為壓力。離心式和軸流式壓縮機是動態機器，通常以高速運行。

排量式壓縮，包括減少空氣體積。正排量機器使用往復式活塞、旋轉螺桿或葉片類型來產生空氣壓縮。螺桿式、往復式和葉片式壓縮機是正排量機器。

空氣壓縮機的額定容量通常是以 "自由空氣 "為單位，即在壓力、溫度和相對濕度的空氣氛圍下，而不是在需要操作的氣動設備的壓力、溫度和相對濕度下。在空氣壓縮機的出口處，空氣溫度通常約為120攝氏度至130攝氏度。大多數現代空氣壓縮機都有一個后冷卻器，位于壓縮機后面，作為標準配件，執行去除水和一些油蒸汽的功能。

空氣壓縮機有單級或多級壓縮的形式。當排放壓力等于或超過6公斤/平方厘米時，通常會采用多級壓縮。多級壓縮機提供了能源效率，因為空氣在壓縮階段之間被冷卻，水分通過冷卻被去除。

大多數壓縮機是由管路壓力控制的。通常情況下，壓力的下降預示著需求的增加，這將通過增加壓縮機的輸出來糾正。壓力上升，表明需求下降，導致壓縮機輸出減少。

鋼鐵廠的壓縮空氣總供應量可由單臺壓縮機或多臺壓縮機安裝提供，這些壓縮機可以是集中式的或分散式的。單臺壓縮機設備最適合于較小的系統或幾乎完全以全輸出方式運行的系統。

多臺壓縮機的安裝有很多優點，其中包括：（i）應用的靈活性（能夠有效地適應需求的變化），（ii）維護的靈活性，（iii）可以選擇集中或分散的操作，（iv）建筑面積的靈活性，以及（v）備份能力。

因為在多壓縮機系統中，并非所有的壓縮機都能一直保持在線，所以任何時候的實際供氣量都可能低于系統總容量。在額外的壓縮機容量上線所需的時間內，儲存的壓縮空氣可以用來防止系統中的任何壓力下降。所需的存儲容量取決于以立方米為單位的超額需求量，壓縮機站和使用點之間的可用壓差，壓縮機的啟動時間，以及補充存儲壓縮空氣的時間。

壓縮空氣生產通常包括壓縮空氣處理的必要元素。

壓縮空氣處理

干燥度和污染物水平是用來區分低質量壓縮空氣和高質量壓縮空氣的兩個關鍵因素。所需壓縮空氣的質量有以下三個主要考慮因素。

專業含水量或壓力露點

專業含油量

專業的顆粒物濃度

進入壓縮機的大氣具有一定的濕度或含有一些水蒸氣。當空氣在冷卻器中冷卻后，這些水的大部分通常會在壓縮機排出時凝結。壓縮空氣中的水分可以是液態水、氣溶膠（霧）和蒸汽（氣體）。最明顯和最容易去除的是水和氣溶膠，它們可以通過高效過濾和制冷干燥器來去除。水蒸氣更難去除，需要使用干燥機（干燥劑類型）與高效過濾一起使用。

空氣干燥度的一般測量方法是露點。露點是空氣中的水分變得飽和，水分開始凝結的溫度。有效降低露點意味著系統在水滴開始凝結之前可以忍受更低的溫度。

過濾是壓縮空氣系統正常運行和性能的一個關鍵因素。

去除液體和顆粒污染物是過濾的基本要求。然而，對蒸汽去除、超細過濾和催化劑過濾的要求被用于專門的應用中。

空氣過濾器可以位于整個系統中，過濾器的數量和類型根據所要求的空氣質量而變化?？諝膺^濾器通常被分為以下兩類。

預過濾器，在壓縮和/或干燥之前運行

后置過濾器，在空氣干燥后投入使用

空氣壓縮機的進氣口過濾器是為了保護壓縮機，但往往不足以保護下游設備。壓縮機本身可能會增加污染物，包括磨損顆粒、碳沉積和潤滑劑。這些都需要過濾。要根據流速和壓降而不是管道尺寸來選擇過濾器。過大的壓降會導致運行成本增加，濾芯壽命短，系統性能整體下降。

壓縮空氣儲存

空氣接收器是一個儲存壓縮空氣的容器，作為一個緩沖庫，可以滿足短期的需求高峰。它允許暫時超過壓縮機的能力。通常情況下，系統會運行一個輔助壓縮機，以滿足間歇性需求、壓縮機故障或短期能源中斷。安裝空氣接受器可使該壓縮機關閉。

空氣接受器創造了更穩定的壓力條件。它們的作用是抑制壓縮機的脈動并分離出顆粒和液體。它們使壓縮空氣系統更容易控制，另外還可以作為二次冷卻設備和冷凝水收集器。安裝一個更大的儲氣罐以滿足偶爾的峰值需求，甚至可以連接一個較小的壓縮機。

在大多數系統中，接收器通常位于干燥器之前，因為接收器中的積聚物會被冷卻，排出足夠的冷凝水。這減少了干燥器的負荷，從而提高了干燥器的效率。另外，也可以使用多個接收器，一個在干燥器之前，另一個在靠近間歇性/高需求點的地方。

壓縮空氣分配和系統

當壓縮空氣分配系統被正確設計、安裝、操作和維護時，它是一個主要的動力來源，擁有很多固有的優勢。壓縮空氣安全、經濟、適應性強、易于傳輸，并提供節省勞動力的動力。

壓縮空氣分配系統的主要目的是將壓縮空氣從其生產點（壓縮機）輸送到其使用點（應用），使其具有足夠的數量和質量，并在足夠的壓力下使氣動設備有效運行。理想的分配系統能以所需的壓力向所有需要壓縮空氣的地方提供足夠的壓縮空氣供應。 然而，在系統的設計中還需要考慮很多其他因素，以確保整個系統的效率和安全。這些因素包括以下幾個方面。

壓縮空氣量和流速要求

空氣壓力要求和空氣需求峰值

壓縮機的類型和數量以及它們的配置

管道及其尺寸和材料的類型

每個使用點所需的壓縮空氣質量以及對每種質量的需求

壓縮空氣系統的效率

壓縮空氣系統的安全性

壓縮空氣系統的布局

過濾點的壓縮空氣和環境溫度

壓縮空氣干燥器的配置

系統中的隔離閥

壓縮空氣需要在所需的壓力和正確的狀態下輸送到使用點。太低的壓力會影響氣動設備的效率，并影響工藝時間，而太高的壓力會損壞氣動設備，并會導致泄漏，增加運行成本。通常情況下，這是一個平衡的行為，得到 "恰到優點 "可以為設備帶來良好的節約。在這里，使用點的流速考慮要重要得多。一個尺寸合適的接收罐也能為任何需求高峰提供足夠的存儲容量。在需求高峰期，一個設計不良的系統會出現壓力下降，因為超過系統容量的空氣會從系統中被抽走。

壓縮空氣分配管道是運輸壓縮空氣的手段，是供應、儲存和需求之間的聯系。一個管道網絡被用來為不同的地方提供壓縮空氣。然而，壓縮空氣在管道中的輸送會產生摩擦，導致壓力下降。理想情況下，管道中的壓降不應超過0.1至0.2公斤/平方厘米。

通常采取以下步驟來減少壓降。

減少壓縮空氣必須的運輸距離

通過增加管道尺寸和避免不必要的彎頭、閥門和其他輸送限制來減少通過管道的摩擦力

降低壓縮空氣在系統中的流速

采用光滑孔徑的管道

專業限度地減少系統部件間的壓力下降

避免泄漏

在較長的管道和直徑較小的管道中，摩擦損失較大。減少壓降的一個有效方法是使用循環系統，在系統的任何一點提供雙向輸送，將每個管道路徑的流量削減到一半，并降低壓縮空氣的速度。

然而，比摩擦引起的壓降更重要的是系統部件本身產生的壓降。這種壓降通常在0.4至1.5公斤/平方厘米左右。這種壓降可以通過謹慎的設備選擇和壓縮空氣系統的適當維護來控制。

管道對壓縮空氣系統的可靠性和效率至關重要。在鋪設管道之前，材料選擇、尺寸、布局、現場條件和未來需求是需要考慮的因素。管道要足夠堅固，以適應現有的工作條件，提供最小可能的壓力損失和泄漏，并易于維護。壓縮空氣管線的管道可以是黑色、鍍鋅、銅或不銹鋼管道。每種管道都有優點和缺點，應仔細評估。