空气压缩管道设计常见问题与解决方案

空气压缩管道设计常见问题与解决方案在工业生产中，压缩空气被视为“第四大能源”，然而其管道设计中的问题却常常被忽视，导致能源浪费和设备效率低下。压缩空气作为工厂中广泛使用的动力源，其管道设计的好坏直接影响到整个系统的效率和可靠性。不合理的设计会导致压力下降、能源浪费、空气质量下降等问题，进而影响生产效率和设备寿命。本文将探讨压缩空气管道设计中的常见问题，并提供相应的解决方案，帮助工程师设计出更高效、可靠的压缩空气管道系统。

01 管网布局不合理，系统压力不稳定

随意抽头与纵横交错的管路布局是压缩空气系统中最常见的问题之一。许多工厂在初期规划时缺乏全盘考虑，根据短期需要随意抽头，四处走管。这种无层次区分的管道布局不仅不利于统一管理，更导致气体介质分配不均，系统压力无法得到有效补充和平衡。传统树状结构在覆盖面积大、供气点多的情况下容易形成盲端和下级管路之间的气体回流，造成压力波动。

解决这一问题的关键是采用环状管网设计。将整个管网系统设计成集中供应的三级环状管网配置：第一级主管线环绕整个厂房；第二级按厂房区域分成若干部分，每部分形成二级环路；第三级由二级环路就近取点，引管接到用气设备。这样的设计使得任何位置均可获得双方面的压缩空气，当某支线用气量突然大增时，可迅速补充，减少压力降。

在环状主干线上配置适当阀门，有利于独立控制、有效调控和检修切断。对于用气量大但对压力要求不高的用气点，可安装减压阀以减少其用气时对系统压力的影响。

02 管道规格混乱，压力损失严重压缩空气管道系统中，管径选择不当是导致压力损失的主要原因之一。常见的问题包括主管路口径过小，支路管径任意放大或缩小，以及末端过滤器众多。这些因素增大了系统的压力降，在接头处产生混流情况，导致压力损失加大，影响管路的使用寿命和气体稳定性。

管路设计中应遵循的基本原则是：配管管路压力降不得超过空压机设定压力的5%，因此配管时应选用较大的管径。系统压力在1.5MPa以下的压缩空气，其输送管内的流速须在15m/sec以下，以避免过大的压力降。

合理的管道规格配置应当根据各级需求合理设计。例如，在一个改造案例中，主路管径采用φ89mm的不锈钢管；支路管和次级管的安装规格分别为φ56mm和φ22mm的不锈钢管。对于个别用气量较大的设备，管径可适当调整。

减少弯头使用和管径突变也是降低压力损失的重要措施。主管路不要任意缩小，如必须缩小或放大管路时须使用渐缩管，否则在接头处会有混流情况发生，导致大的压力损失。

03 管道泄漏，能源浪费

气体泄漏是压缩空气系统中最为突出的能源浪费问题。与水相比较，气体更易泄露且渗透能力更强。

所有接口必须严密不漏。选择合适的垫片，焊口焊接应清理干净氧化铁，拧紧后的法兰螺栓应留有继续拧紧的余地。拧好的法兰不得有张口、偏口、错口、别劲、间隙不匀等缺陷。

有效的泄漏检测方法包括：全厂管线路以超音波测漏仪及肥皂水作测漏总体检，以检查出些微泄漏处。对于非防爆型电气箱，正压用管路入口可增设精密流量调节阀，降低排放量。

管道材料选择也会影响泄漏情况。对配料室、高空人烟罕至处，可考虑将PU管改为铜管配管。依制程区特性将部分快速接头改为铜接头使用，减少快速接头泄漏。PU软管可尽量使用PE软管。

04 水与污染物管理不当

压缩空气中的水与污染物是导致管道和设备故障的主要原因。来自空气压缩机的水滴和油在输送管中混合并形成乳液，随空气流动流过主输送管的端部。这种乳液会降低阀类和气缸等气动设备的功能。

防止污染物进入设备的关键是在支管路接入前去除乳液。配管方法的要点包括：在输送主管道中的空气流动方向形成一个斜坡（每1m倾斜1cm左右）。配送支管道设计在输送主管道的上面。在低的地方或者配管末端设置排水单元。

合理的系统布局对防止污染至关重要。空压机之后如果有储气罐及干燥机等净化缓冲设施，理想的配管应是空压机+储气罐+前过滤器+干燥机+后过滤器+精过滤器。储气罐可将部分冷凝水滤除，同时储气罐亦有降低气体排气温度的功能。较低温度且含水量较少的空气再进入干燥机，可减轻干燥机或过滤器的负荷。

05 管道支撑与热应力问题

管道支撑不足会导致管道系统不稳定，影响设备运行。压缩空气管道一般管径较小，布置时应尽量利用建筑物，通廊和大管道，将管道支架焊接在上面。这样可以尽量减少独立落地支架数量。

管道支架受力应使用相应软件计算，在受力允许条件下，支架形式尽量采用限位支架，允许管道有轴向位移。这样在直管段不长的情况下，可不设固定支架和补偿器，简化管道形式，降低管道造价，也有利于现场施工。

防止热应力影响是管道设计中的重要考虑因素。管道受热膨胀产生的热应力易使压缩机及驱动设备的轴发生偏移及扭曲，从而导致设备发生震动、报警，严重时甚至损坏设备。因此，管路设计应有预见性地对热应力管道进行管道布置，此外还需进行应力计算，以满足厂家对管口的受力要求。

06 储气罐配置不足，压力波动大

储气罐在系统中的重要作用往往被忽视。在许多系统中，除上游压缩空气站处设有储气罐外，中间环节无缓冲储气罐配置。

在各二级管路系统中增设储气罐可以解决因系统短时用气量很大而引起的压力波动问题。除原有压缩空气站处的储气罐外，各二级管路系统中安装缓冲储能的不锈钢压缩空气储气罐，解决因系统短时用气量很大而引起的压力波动问题。

储气罐的容量选择有明确的标准。若系统的空气用量很大且时间很短，瞬时用气量变化很大，宜加装一储气罐作为缓冲之用（其容量应大于或等于最大瞬时气量的20%）。这样可以减少空压机组频繁加载或卸荷的次数，减少控制元件动作次数，对保持空压机的运行可靠性有很大的益处。一般情况下，可选择容量为排气量20%的储气罐。

07 现代管道设计工具与方法

三维软件在设计中的应用已成为国际工程中的标准做法。比较合理的设计方式是直接采用三维软件建模，虽然前期需要做大量工作。但管道三维模型建好之后，可以直接生成平面图、轴测图、设备表、材料表等，后期出图可节省大量的工作，提高效率，同时也保证了管道出图的准确性，不会发生碰撞。

厂区管网图设计应全面考虑，起点一般为厂区压缩空气站出口或厂区预留接点，终点为各个用户点。各用户点有室内和室外之分，在条件允许的情况下，整个厂区室内和室外用户点尽量在同一张平面图或轴测图表示，即用一张图纸表示整个厂区所有用户点，这样方便出图和阅读。

应力分析软件如CAESARⅡ软件可用于与常规管路设计方法进行应力对比分析。这对于重要管道，特别是受热膨胀影响的管道设计至关重要，可以预防因热应力导致的设备问题。

良好的管道设计是确保压缩空气系统高效运行的关键。通过采用环状管网、合理选择管径、严格防漏、有效管理污染物、科学配置储气罐以及使用现代设计工具，可以构建出高效可靠的压缩空气系统。正如人体血管的健康决定了生命活力，压缩空气管道的设计质量直接决定了工业生产的“生命力”——只有畅通无阻、稳定可靠的压缩空气供应，才能保证工厂各个生产设备高效运转。