关键要求是压缩空气必须洁净、干燥、稳定且供应可靠。 对于试验装置的仪表和控制系统，空气必须无油、冷却并干燥，以避免水分在管路中凝结或损坏气动仪表。系统应采用适宜的压缩机配置、室外空气进气口、过滤和干燥设备，以及用于吸收需求波动的储气罐，并在每台仪表处设置就地压力调节装置。
仪表空气是控制系统的公用工程介质，而不仅仅是普通工厂空气。 其质量和压力必须保持在所连接仪表的要求范围内，因为污染、凝结或压力不稳定可能导致控制不准确、执行机构失效或工艺运行不安全。
仪表空气质量为何重要
防止与水分相关的故障
压缩空气离开压缩机时温度较高，通常含有大量水蒸气。当空气在储气罐和分配管道中冷却时，水蒸气可能凝结，并进入控制阀、阀门定位器、管路及其他仪表。
因此，在分配空气之前应对其进行冷却和干燥。凡是可能积聚冷凝水的地方，也必须设置排水点和适当的除湿措施。
控制油污染
油液夹带可能污染气动仪表、干扰阀门运行并污染工艺过程。首选方案是采用无油压缩机，或使用经过合理选型、能够防止油液进入仪表空气网络的系统。
油雾过滤器或聚结过滤器可以减少油液夹带，但不应自动视为与无油压缩机等效。过滤器需要正确选型、维护和更换；其性能还取决于上游压缩机以及所要求的空气质量等级。
提供适宜的过滤
空气处理系统应在空气到达敏感控制设备之前去除颗粒物和残余气溶胶。过滤方案必须与压缩机类型、干燥机、预期污染物以及仪表制造商的要求相匹配。
目标不仅是获得看起来洁净的空气，而是确保空气在正常运行期间始终保持洁净和干燥，包括需求变化的阶段。
设计稳定的压力
使用储气罐
缓冲储气罐或储气罐是系统的重要组成部分。它可以平滑压缩机的启停循环和短时需求高峰，有助于防止多个气动设备同时运行时出现压力下降。
储气罐还可在短暂的供气中断期间提供有限的储存容量。但它不能替代适当的压缩机容量、干燥、过滤或明确的公用工程故障响应措施。
确定分配压力
一种常见的试验装置配置是在就地降压之前，将分配压力维持在约100 psi。该数值是实用参考值，并非普遍适用的要求；最终压力应根据所连接的仪表、执行机构、管路以及适用的设备规格确定。
应在每台工艺仪表处或其附近，使用适当的调节器降低压力。就地调节可使不同设备获得所需压力，而无需让整个公用工程网络以不必要的高压运行。
避免压力波动
控制阀和气动执行机构可能产生快速、间歇性的用气需求。压缩机、储气罐、管道和调节器的选型必须确保这些事件不会导致关键仪表处出现不可接受的压力变化。
试验装置通常具有可变的运行配置，因此设计应考虑最大可信的同时用气需求，而不仅仅是平均消耗量。
公用工程系统的布置与配置
从室外吸入空气
在可行的情况下，压缩机进气口应从建筑物外部吸入空气。这样可以降低压缩机噪声，并避免反复压缩经过空调处理的室内空气。
同时，进气口位置必须避开附近的污染源，例如排气口，或可能积聚工艺蒸气的区域。进气防护和耐候性也属于安装设计的一部分。
确保处理设备便于维护
压缩机、储气罐、过滤器、干燥机、排水器和调节器都需要检查和维护。它们应安装在操作人员和维护人员能够安全接近的位置，且不会干扰试验装置中其他无关活动。
冷凝水排水器和过滤器滤芯尤其是重要的维护点。一个只有在过滤器和排水器得到维护时才能满足设计规格的系统，如果没有相应的维护管理，在实际应用中并不可靠。
区分公用工程空气质量与工艺空气质量
不应假定仪表空气与通用服务空气具有完全相同的质量要求。用于气动控制的空气，可能需要比用于非关键公用工程任务的空气更严格地控制水分和油含量。
如果一个共用系统同时承担这两种用途，设计必须确保通用服务需求或污染不会损害仪表空气供应。
支持试验装置安全运行
将空气故障视为工艺危险
压缩空气损失可能导致控制阀和执行机构移动到故障位置、保持在原位置或无法使用。所需行为取决于具体工艺，必须在控制设计和安全设计中加以考虑。
因此，关键功能应明确规定低气压或完全失气时的响应。这些响应应与工艺危害分析以及安全仪表功能的预期行为保持一致。
验证报警和联锁
试验装置应测试与压缩空气公用工程及工艺相关的低压报警、控制联锁和其他保护功能。测试应确认系统能够检测异常状况，并产生预期的安全响应。
这一点在教学和研究设施中尤其重要，因为设备可能由经验水平不同的使用人员操作。
检查压力保护
储气罐和其他承压部件需要适当的泄压保护和检查。泄压装置应便于接近，并纳入设施的检查和维护计划。
可靠的公用工程系统不仅要在正常运行期间保持压力，还必须经过设计和维护，以限制异常压力状况带来的后果。
了解各种权衡
无油压缩机与下游过滤
无油压缩机可以从源头降低油液进入空气供应系统的风险，但其采购、运行或维护方面可能存在不同的考量。使用油润滑的压缩机需要有效的油液分离和过滤，下游过滤器也不能被视为无需维护的安全保障。
选择应基于所需空气质量、仪表敏感性、全生命周期维护能力以及污染可能造成的后果。
较高压力与高效运行
将分配系统运行压力维持在接近100 psi，可以为就地调节提供有用的余量，但压力越高并不一定越好。过高的压力可能增加能耗、泄漏损失以及部件承受的应力。
应采用在满足所连接设备和所需瞬态性能前提下的最低稳定分配压力。
集中式公用工程与本地设备
集中式系统可以简化分配，并支持多个试验单元，但发生故障时可能影响整个设施。对于选定设备，本地压缩机或专用空气处理设备可以提高独立性，但也会增加设备数量和维护工作量。
适当的配置取决于工艺的重要性、用户数量以及失去共用公用工程可能造成的后果。
标准化与可维护性
在技术上适宜的情况下，对调节器、过滤器、传感器及相关过程控制设备进行标准化，可以简化操作人员培训和备件管理，也能使各试验装置之间的预防性维护更加一致。
标准化不应凌驾于仪表的具体要求之上。只有在满足所需压力、空气质量和使用条件的前提下，通用部件才具有价值。
如何应用于您的试验装置
最终设计应根据仪表制造商的要求以及工艺安全评估进行核查。
- 如果您主要关注空气质量： 使用无油气源或经过合理工程设计的除油系统，然后在空气到达仪表之前对其进行冷却、干燥和过滤。
- 如果您主要关注压力稳定性： 提供容量充足的储气罐，根据最大同时用气需求确定压缩机和管道尺寸，并在每台仪表处进行就地压力调节。
- 如果您主要关注可靠性： 采用便于维护过滤器和排水器、配备室外空气进气口的易维护系统，并明确低压或完全失气时的响应措施。
- 如果您主要关注操作人员和人员安全： 将报警、联锁、泄压装置和故障安全响应纳入试验装置的安全与调试计划，并对其进行验证。
- 如果您主要关注全生命周期成本： 在不损害各仪表空气质量或压力要求的前提下，对兼容部件和维护方式进行标准化。
设计良好的仪表空气系统能够为试验装置提供稳定的控制基础：洁净的空气确保准确性，干燥的空气确保可靠性，稳定的压力确保安全运行。
汇总表：
| 要求 | 推荐方案 | 益处 |
|---|---|---|
| 空气质量 | 使用无油压缩机或配备适宜过滤装置的工程化除油系统 | 保护仪表免受油液和颗粒物污染 |
| 水分控制 | 在分配前对压缩空气进行冷却、干燥和排水 | 防止凝结、腐蚀和仪表故障 |
| 压力稳定性 | 根据最大同时用气需求确定压缩机、管道和储气罐的尺寸 | 减少执行机构和阀门运行期间的压力下降 |
| 就地调节 | 在各仪表附近安装压力调节器 | 使供气压力与设备要求相匹配 |
| 系统可靠性 | 提供便于维护的过滤器、排水器和报警装置，并明确低压响应措施 | 支持可维护性和可靠运行 |
| 安全保护 | 使用泄压装置保护储气罐，并验证报警和联锁 | 限制异常压力危险并支持安全停机 |
| 公用工程配置 | 根据工艺重要性评估采用集中式还是本地压缩机 | 平衡设施范围覆盖能力、独立性和维护工作量 |
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