论文部分内容阅读
【摘 要】 介绍了集装箱式仪表风橇的组成、工艺流程、主要设备工作原理以及在客户现场的使用情况；并着重介绍排风系统的设计要求和结构等。
【关键词】 仪表风橇；工作原理；控制系统；使用情况
仪表风橇指的是给各种生产用气动动力，如气动阀，与用来控制和显示工艺参数的仪表用气，质量要求较高，压力稳定。来源为空气压缩机产生的压缩空气，经净化处理后得到的干燥洁净的压缩空气为仪表风。本文的集装箱式仪表风橇是根据某石油行业客户要求定制的设备，为天然气输送管道集气站沿线检修使用。
1.仪表风质量要求
客户要求经过净化处理后的仪表风达到如下要求：
●颗粒≤0.1?m，绝对过滤精度≥99.9%
●油雾1mg/m3
●总颗粒含量≦0.05mg/m3
●出口压力下水露点≦-40℃
2.仪表风橇系统的工艺
环境空气经空气压缩机过滤、压缩、分离和冷却后，先进入空气缓冲罐，分离出部分油水，再进入压缩空气净化系统，经过前置除油过滤器，进入无热再生干燥系统，最后经过除尘过滤器，在压缩空气管道排放口就可以得到合格的仪表风，仪表风压力通常为0.4-0.8MPag，因此在排放口上游配置了调压阀，可以根据用户使用要求调解仪表风压力。（工艺流程图如下：）
3.仪表风橇组成
1）微油润滑螺杆空气压缩机；
2）空压机机出口缓冲罐；
3）无热再生干燥机、过滤器、安全泄放设备、排污放空等附属设备；
4）设备之间的配管、阀门、仪表设备；
5）配置设备仪表控制系统的电缆和桥架；
6）电源分配箱，配置仪表控制盘/箱（PLC控制系统能就地显示和用通讯方式远传设备状态信号），系统的仪表包括压力、温度、流量、露点、传感器和电缆；
7）排污管道系统。配置设备排水管道集中采集，出口加装配对法兰；
8）供货商提供空压机排气风口，排气风道从空压机房屋顶设置；
9）集装箱式橇体，包含照明，保温和伴热系统，适合经常长途运输，并保证仪表风系统能在户外恶劣天气正常运行。
上述所有设备和系统部件均安装与集装箱式橇体内。
4.主要设备工作原理
4.1螺杆式空压机工作原理。螺杆空压机是容积式气体压缩机，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子（即螺杆）、机壳以及适当配置在两个进、排气口的排气阀组成压缩气体的工作腔，通过减小工作容积来增加气体压力。转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化，而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气三个工作过程。气体经吸气口分别进入阴阳转子的齿间容积，转子在旋转过程中，阴阳转子齿连续不断地向对方齿槽中填塞，工作腔的齿槽也不断向排气端推进，容积逐步缩小，气体得到压缩。当压缩容积与排气口相通时，气体已达到预定的压力而排出，完成一个工作循环。
4.2无热再生式干燥机的工作原理。无热再生干燥机是基于变压吸附原理而设计的，这就是说，将压力状态下吸附水分达到饱和的吸附剂迅速降压到大气压，此时，被吸附水分自行脱附，实现吸附剂的再生，脱附出的水分扩散到机外。
利用上述原理进行再生的方法稱为压力降法，由于利用吸附剂在吸附过程中产生的热量，加之用干燥空气的一小部分通入需再生的吸附剂，使吸附剂再生，所以压力降法又称为无热再生。
无热再生干燥机是采用双塔变压吸附、无热再生的工艺，其工作原理压缩空气进入进气阀开启，空气进入左塔被干燥后，经排气气动阀，约86%的干燥空气输出，同时吸附剂活性氧化铝吸收了水份后产生了热量，约14%的干燥空气经再生气流调节阀后进入右再生气动阀流进右塔使其中的干燥剂再生（利用上次干燥时吸附剂活性氧化铝吸收了水份后产生的热量进行解湿），最后经再生排气阀及消声器排出，这一过程为5分钟，每5分钟左、右塔切换一次，自动循环。
5.防冻措施、自动化控制和热排风系统
5.1防冻措施-保温和伴热系统。当环境温度低于0℃，空压机内部润滑油较粘稠，不利于启动；而且仪表风系统的排污系统和未干燥的压缩空气管道易结冰，造成管路冻裂，从而影响整个仪表风系统的运行。因此，在空压机内部油气分离器、未干燥的压缩空气管路和排污系统均增加了保温伴热系统，伴热带采用自耦式5℃伴热带，固定伴热带后，外面缠绕橡塑海绵，外表面采用铝箔纸包裹。保证了整个仪表风系统在极端恶劣天气下的正常运行。
5.2控制系统。两台空气压缩机提供一套基于PLC系统的独立的多机组负荷分配控制系统，该系统整体集成在机柜内，放置于箱式橇体内，完成如下控制功能：
1）两台空气压缩机的总出口压力控制和流量控制；
2）两台空气压缩机之间的自动切换；
3）设备的自动切换功能，当运行的主空压机出现故障时，自动开启备用设备，同时控制系统发出报警信号（报警指示灯闪亮）。压力范围的设定可通过仪表控制箱上的触摸屏就地实现，便于操作和监视观察。
5.3空压机排风系统。由于选用的空气压缩机为风冷式，故需要大量的进风和排风，这就给箱式橇的通风造成了较大的负担。如果排风不通畅，润滑油温很快上升到警戒温度，进而上升到停机温度，空压机自动报警停机。从而引起影响用气系统的正常生产。因此空压机的排风系统对于仪表风的产生是非常重要的。
传统的热排风系统是由镀锌板和不锈钢板做成截面方形，截面尺寸由空压机顶部的排风尺寸决定，每节排风管道边缘固定在角钢做成的法兰上，法兰上均布螺栓过孔，风管道之间连接采用螺栓紧固。无论是从屋顶还是侧墙安装排风系统，密封防水很关键，而且长期运输颠簸，紧固件承受反复承受剪切力，易断裂。
因此，为避免上述情况发生，在空压机热排风位置的正上方处，集装箱顶部开孔，防止热风排放不通畅，孔的截面尺寸为空压机热排风口尺寸的两倍，排风孔边框采用异型方钢管焊接，高度比集装箱顶部瓦楞板高出50mm，排风孔顶部增加顶盖，顶盖与排风孔之间为铰接，顶盖四周配有角钢，顶盖与排风孔框架两侧之间固定了防雨帆布，无论是在设备运行顶盖打开时，还是集装箱运输顶盖合上后，都解决了排风孔的密封问题，保证不会有雨雪倒灌进入集装箱。
为保证顶盖的强度，顶盖结构主要采用方钢管、5mm钢板，角钢等焊接而成，重量约80kg，从室内推开顶盖，单个维护人员操作相对困难，如需两个人操作，则浪费了人力资源。
因此，在顶盖和排风孔框架之间安装两根空气弹簧，打开顶盖时，站在靠近顶盖边缘一侧，使用顶杆就可把顶盖打开，节省了人力物力。空气弹簧具有较高的疲劳寿命，其疲劳寿命可达300万次以上，实际使用寿命可达5年以上。
6.使用情况
从2009年投入使用至今，集装箱仪表风橇累计运行8000小时以上，整体效果良好，保证使用效果，为输气管道沿线集气站顺利检修提供了安全保障。运行初期，环境风沙较大，导致系统过热，空压机高温停机。经专业技术人员现场调差分析原因，是因为进风口百叶窗间距较大，而且冷却器表面积尘较多，没有及时吹扫造成的。后来，对进风口里侧加装不锈钢丝网，及时修改了日常维护手册，缩短了吹扫冷却器的时间间隔，有效地解决了高温报警停机问题。
参考文献：
[1]景军军.车载移动橇装式膜制氮装置简介[J].石油和化工设备2006，10.
[2]徐明，冯根发，徐振国.压缩空气站设计手册[M].机械工业出版社，1993.
【关键词】 仪表风橇；工作原理；控制系统；使用情况
仪表风橇指的是给各种生产用气动动力，如气动阀，与用来控制和显示工艺参数的仪表用气，质量要求较高，压力稳定。来源为空气压缩机产生的压缩空气，经净化处理后得到的干燥洁净的压缩空气为仪表风。本文的集装箱式仪表风橇是根据某石油行业客户要求定制的设备，为天然气输送管道集气站沿线检修使用。
1.仪表风质量要求
客户要求经过净化处理后的仪表风达到如下要求：
●颗粒≤0.1?m，绝对过滤精度≥99.9%
●油雾1mg/m3
●总颗粒含量≦0.05mg/m3
●出口压力下水露点≦-40℃
2.仪表风橇系统的工艺
环境空气经空气压缩机过滤、压缩、分离和冷却后，先进入空气缓冲罐，分离出部分油水，再进入压缩空气净化系统，经过前置除油过滤器，进入无热再生干燥系统，最后经过除尘过滤器，在压缩空气管道排放口就可以得到合格的仪表风，仪表风压力通常为0.4-0.8MPag，因此在排放口上游配置了调压阀，可以根据用户使用要求调解仪表风压力。（工艺流程图如下：）
3.仪表风橇组成
1）微油润滑螺杆空气压缩机；
2）空压机机出口缓冲罐；
3）无热再生干燥机、过滤器、安全泄放设备、排污放空等附属设备；
4）设备之间的配管、阀门、仪表设备；
5）配置设备仪表控制系统的电缆和桥架；
6）电源分配箱，配置仪表控制盘/箱（PLC控制系统能就地显示和用通讯方式远传设备状态信号），系统的仪表包括压力、温度、流量、露点、传感器和电缆；
7）排污管道系统。配置设备排水管道集中采集，出口加装配对法兰；
8）供货商提供空压机排气风口，排气风道从空压机房屋顶设置；
9）集装箱式橇体，包含照明，保温和伴热系统，适合经常长途运输，并保证仪表风系统能在户外恶劣天气正常运行。
上述所有设备和系统部件均安装与集装箱式橇体内。
4.主要设备工作原理
4.1螺杆式空压机工作原理。螺杆空压机是容积式气体压缩机，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子（即螺杆）、机壳以及适当配置在两个进、排气口的排气阀组成压缩气体的工作腔，通过减小工作容积来增加气体压力。转子副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化，而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气三个工作过程。气体经吸气口分别进入阴阳转子的齿间容积，转子在旋转过程中，阴阳转子齿连续不断地向对方齿槽中填塞，工作腔的齿槽也不断向排气端推进，容积逐步缩小，气体得到压缩。当压缩容积与排气口相通时，气体已达到预定的压力而排出，完成一个工作循环。
4.2无热再生式干燥机的工作原理。无热再生干燥机是基于变压吸附原理而设计的，这就是说，将压力状态下吸附水分达到饱和的吸附剂迅速降压到大气压，此时，被吸附水分自行脱附，实现吸附剂的再生，脱附出的水分扩散到机外。
利用上述原理进行再生的方法稱为压力降法，由于利用吸附剂在吸附过程中产生的热量，加之用干燥空气的一小部分通入需再生的吸附剂，使吸附剂再生，所以压力降法又称为无热再生。
无热再生干燥机是采用双塔变压吸附、无热再生的工艺，其工作原理压缩空气进入进气阀开启，空气进入左塔被干燥后，经排气气动阀，约86%的干燥空气输出，同时吸附剂活性氧化铝吸收了水份后产生了热量，约14%的干燥空气经再生气流调节阀后进入右再生气动阀流进右塔使其中的干燥剂再生（利用上次干燥时吸附剂活性氧化铝吸收了水份后产生的热量进行解湿），最后经再生排气阀及消声器排出，这一过程为5分钟，每5分钟左、右塔切换一次，自动循环。
5.防冻措施、自动化控制和热排风系统
5.1防冻措施-保温和伴热系统。当环境温度低于0℃，空压机内部润滑油较粘稠，不利于启动；而且仪表风系统的排污系统和未干燥的压缩空气管道易结冰，造成管路冻裂，从而影响整个仪表风系统的运行。因此，在空压机内部油气分离器、未干燥的压缩空气管路和排污系统均增加了保温伴热系统，伴热带采用自耦式5℃伴热带，固定伴热带后，外面缠绕橡塑海绵，外表面采用铝箔纸包裹。保证了整个仪表风系统在极端恶劣天气下的正常运行。
5.2控制系统。两台空气压缩机提供一套基于PLC系统的独立的多机组负荷分配控制系统，该系统整体集成在机柜内，放置于箱式橇体内，完成如下控制功能：
1）两台空气压缩机的总出口压力控制和流量控制；
2）两台空气压缩机之间的自动切换；
3）设备的自动切换功能，当运行的主空压机出现故障时，自动开启备用设备，同时控制系统发出报警信号（报警指示灯闪亮）。压力范围的设定可通过仪表控制箱上的触摸屏就地实现，便于操作和监视观察。
5.3空压机排风系统。由于选用的空气压缩机为风冷式，故需要大量的进风和排风，这就给箱式橇的通风造成了较大的负担。如果排风不通畅，润滑油温很快上升到警戒温度，进而上升到停机温度，空压机自动报警停机。从而引起影响用气系统的正常生产。因此空压机的排风系统对于仪表风的产生是非常重要的。
传统的热排风系统是由镀锌板和不锈钢板做成截面方形，截面尺寸由空压机顶部的排风尺寸决定，每节排风管道边缘固定在角钢做成的法兰上，法兰上均布螺栓过孔，风管道之间连接采用螺栓紧固。无论是从屋顶还是侧墙安装排风系统，密封防水很关键，而且长期运输颠簸，紧固件承受反复承受剪切力，易断裂。
因此，为避免上述情况发生，在空压机热排风位置的正上方处，集装箱顶部开孔，防止热风排放不通畅，孔的截面尺寸为空压机热排风口尺寸的两倍，排风孔边框采用异型方钢管焊接，高度比集装箱顶部瓦楞板高出50mm，排风孔顶部增加顶盖，顶盖与排风孔之间为铰接，顶盖四周配有角钢，顶盖与排风孔框架两侧之间固定了防雨帆布，无论是在设备运行顶盖打开时，还是集装箱运输顶盖合上后，都解决了排风孔的密封问题，保证不会有雨雪倒灌进入集装箱。
为保证顶盖的强度，顶盖结构主要采用方钢管、5mm钢板，角钢等焊接而成，重量约80kg，从室内推开顶盖，单个维护人员操作相对困难，如需两个人操作，则浪费了人力资源。
因此，在顶盖和排风孔框架之间安装两根空气弹簧，打开顶盖时，站在靠近顶盖边缘一侧，使用顶杆就可把顶盖打开，节省了人力物力。空气弹簧具有较高的疲劳寿命，其疲劳寿命可达300万次以上，实际使用寿命可达5年以上。
6.使用情况
从2009年投入使用至今，集装箱仪表风橇累计运行8000小时以上，整体效果良好，保证使用效果，为输气管道沿线集气站顺利检修提供了安全保障。运行初期，环境风沙较大，导致系统过热，空压机高温停机。经专业技术人员现场调差分析原因，是因为进风口百叶窗间距较大，而且冷却器表面积尘较多，没有及时吹扫造成的。后来，对进风口里侧加装不锈钢丝网，及时修改了日常维护手册，缩短了吹扫冷却器的时间间隔，有效地解决了高温报警停机问题。
参考文献：
[1]景军军.车载移动橇装式膜制氮装置简介[J].石油和化工设备2006，10.
[2]徐明，冯根发，徐振国.压缩空气站设计手册[M].机械工业出版社，1993.