空壓站設(shè)備節(jié)能潛力淺析

李萬鋒 陳丙臣

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

空壓站設(shè)備節(jié)能潛力淺析

李萬鋒 陳丙臣

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

探討了空壓站設(shè)備在壓縮空氣制造工藝環(huán)節(jié)存在的能源浪費(fèi)現(xiàn)象，分析了空壓站設(shè)備的節(jié)能潛力，并提出了相應(yīng)的節(jié)能方法及措施。

空壓機(jī)；后處理； 過濾器； 排凝

壓縮空氣以其安全、環(huán)保、調(diào)節(jié)性能好、傳輸方便、便于集中管理和應(yīng)用等特點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的更新?lián)Q代，自動(dòng)化程度越來越高，壓縮空氣在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛，在很多工業(yè)企業(yè)中已經(jīng)成為了繼電力能源后第二大動(dòng)力能源。壓縮空氣作為能源雖具有上述特點(diǎn)，但其能耗的產(chǎn)出比約為1:7，屬于耗能大戶。

一、空壓機(jī)的節(jié)能潛力分析

空壓站設(shè)備主要由空壓機(jī)、干燥機(jī)、過濾裝置、排污裝置組成。而空壓機(jī)作為壓縮空氣的制造設(shè)備，其節(jié)能潛力也是最大的。在設(shè)備的運(yùn)行過程中一定要根據(jù)具體的空壓機(jī)類型及具體的用氣環(huán)境考慮空壓機(jī)的節(jié)能潛力。下面對(duì)空壓站最常見的螺桿機(jī)和離心機(jī)這兩種機(jī)型節(jié)能潛力進(jìn)行分析。

首先要考慮的是降低空壓機(jī)的排氣壓力。由于空壓站建設(shè)的目的是為了體現(xiàn)集中供氣的優(yōu)勢，所以首先要根據(jù)企業(yè)內(nèi)各用氣單元的最低實(shí)際需求壓力來設(shè)定排氣壓力點(diǎn)，盡可能地降低空壓機(jī)的排氣壓力。在空壓機(jī)的產(chǎn)氣范圍內(nèi)，其產(chǎn)氣量是與排氣壓力成反比的。所以降低壓力也就意味著提高空壓機(jī)的產(chǎn)氣量。壓力每降低0.01MPa，其產(chǎn)氣能耗可降低3%~5%。

螺桿式空壓機(jī)為容積型壓縮機(jī)，在節(jié)能上首選加裝變頻器，有可能的條件下，在空壓站初期建設(shè)時(shí)可優(yōu)先考慮變頻式螺桿機(jī)。由于變頻式螺桿機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可達(dá)到30%~100%，所以不論前期的變頻壓縮機(jī)的選擇還是后期壓縮機(jī)的變頻改造，一定要考慮好所需調(diào)節(jié)氣量范圍，進(jìn)行針對(duì)性的選擇和改造。

離心機(jī)控制模式主要有兩種，一種是恒壓控制，另一種為加卸載控制。雖然加卸載運(yùn)行方式相對(duì)節(jié)能，但是由于加卸載控制方式運(yùn)行時(shí)，在加卸載過程轉(zhuǎn)換時(shí)，離心機(jī)的軸承受力方向發(fā)生相反的變化，對(duì)空壓機(jī)的損害較大，且對(duì)供氣壓力會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，所以一般情況下，離心機(jī)運(yùn)行方式都選擇恒壓控制模式。在恒壓控制模式下，離心機(jī)的節(jié)能調(diào)節(jié)空間約在產(chǎn)氣量的70%~100%。當(dāng)超出此范圍時(shí)，空壓機(jī)將進(jìn)行放空以實(shí)現(xiàn)恒壓控制，造成很大的浪費(fèi)。當(dāng)使用其環(huán)境較穩(wěn)定時(shí)，可以通過對(duì)其中1臺(tái)或多臺(tái)空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)上限電流控制，人為地降低產(chǎn)氣量。同時(shí)使其中1臺(tái)空壓機(jī)在70%~100%范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)節(jié)控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的。通過此功能控制方式，可很好地?cái)U(kuò)大離心機(jī)的恒壓控制調(diào)節(jié)范圍，在多臺(tái)離心機(jī)并聯(lián)集中供氣環(huán)境節(jié)能潛力很大。

二、后處理設(shè)備的節(jié)能潛力分析

后處理設(shè)備作為空壓機(jī)后的設(shè)備，主要對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥處理，進(jìn)而降低壓縮空氣的露點(diǎn)溫度。根據(jù)露點(diǎn)溫度的需求不同，目前企業(yè)內(nèi)最常見的后處理設(shè)備有冷凍式干燥機(jī)、吸附式干燥機(jī)及組合式干燥機(jī)。冷凍式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度一般在2~10℃，吸附式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度可達(dá)到－40℃，而組合式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度可達(dá)到－70℃。而在實(shí)際的壓縮空氣供應(yīng)過程中，實(shí)際供應(yīng)壓縮空氣露點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際需求露點(diǎn)，而露點(diǎn)的獲得是通過能源的消耗獲得。所以后處理設(shè)備的節(jié)能潛力就是要考慮通過采取措施適當(dāng)?shù)靥岣呗饵c(diǎn)溫度實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

在對(duì)露點(diǎn)溫度無要求或者要求不高的環(huán)境，可直接選擇冷凍式干燥機(jī)，與吸附式干燥機(jī)相比，經(jīng)后處理設(shè)備的壓差可降低0.03MPa。僅此一項(xiàng)，可降低能耗的9%~15%。

對(duì)于露點(diǎn)溫度要求較高的用氣環(huán)境，一般大部分都使用的是吸附式干燥機(jī)。吸附式干燥機(jī)按再生方式又分為無熱再生和加熱再生。對(duì)于無熱再生吸附干燥機(jī)，其再生用壓縮空氣可達(dá)到處理氣量的15%，可以通過降低再生壓力或者延長再生周期來降低再生用氣量，從而實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的目的。同樣加熱再生吸附式干燥機(jī)可通過降低再生的溫度來降低電能的消耗。

由冷凍式干燥機(jī)與吸附式干燥機(jī)組合而成的組合式干燥機(jī)，除了上述的節(jié)能措施調(diào)整外，在冬季時(shí)，由于環(huán)境空氣溫度已經(jīng)在0℃以下，所以可以選擇降低冷干機(jī)的負(fù)荷或停運(yùn)冷干機(jī)的方式進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。

在使用離心機(jī)或無油螺桿機(jī)處，由于其末級(jí)排氣溫度可達(dá)到125~145℃，所以可以通過余熱利用的方式，改變壓吸附式干燥機(jī)為變溫吸附式干燥機(jī)。通過此項(xiàng)改造，最大可以節(jié)約15%的再生用氣。同時(shí)可降低離心機(jī)或螺桿機(jī)的末級(jí)排氣壓差0.01MPa，可節(jié)約空壓機(jī)能耗3%~5%。

三、過濾裝置的節(jié)能潛力分析

壓力降一般指從空壓機(jī)排氣到用戶單元的整個(gè)輸送過程中產(chǎn)生的壓力降低總和。壓力降每增加0.01MPa，其功耗就會(huì)增加3%～5%，所以怎樣降低壓縮空氣系統(tǒng)輸送過程中的壓力降是降低壓縮空氣系統(tǒng)功耗的一個(gè)重點(diǎn)工作。在壓縮空氣制造過程中，其壓力降主要體現(xiàn)在后處理設(shè)備及壓縮空氣系統(tǒng)各油氣分離器、氣水分離器、精密過濾器等各類過濾裝置上。過濾器是為了保證輸送壓縮空氣的潔凈度、露點(diǎn)溫度、含油量所必須具有的設(shè)備，所以過濾裝置濾器芯要根據(jù)不同時(shí)期壓縮空氣的質(zhì)量定期更換。延長各類過濾器芯的做法并不是節(jié)約成本，相反會(huì)增加能耗成本。以一臺(tái)950kW的壓縮機(jī)為例，在濾芯的壓差為0.007MPa時(shí)將濾芯的壽命每增加1個(gè)月，其相應(yīng)的能耗增加為950×0.005×7×550=18287kW·h，按照每度電0.7元計(jì)算，其每月增加能耗為12801元。

四、排凝裝置節(jié)能潛力分析

在壓縮空氣的制造過程中，由于空氣被壓縮后會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，在一定的壓力及溫度條件下，會(huì)有很多的液態(tài)水出現(xiàn)，這樣在整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)過程中就需要及時(shí)排出這些液態(tài)水，否則會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重故障。在排出冷凝水的過程中，會(huì)伴隨排出壓縮空氣，而排出去的這部分壓縮空氣就是排凝裝置的節(jié)能潛力所在。根據(jù)氣體動(dòng)力的放空量計(jì)算公式：

式中：

S——面積，mm2；

P——絕壓，MPa；

T——溫度，K。

通過公式（1）可以算出，假設(shè)直徑為4mm，在0.MPa排空時(shí)，每分鐘排氣量約1m3，相當(dāng)于每分鐘浪費(fèi)約7kW的電量。在整個(gè)壓縮空氣的制造工藝過程中，基本上每一個(gè)壓力容器底部都有排凝口，如壓縮機(jī)的各級(jí)冷凝器、儲(chǔ)氣罐、各精密過濾器等，這些容器的排污都是通過排水器實(shí)現(xiàn)，因此都或多或少存在著能源浪費(fèi)現(xiàn)象。如何選擇排水器很大程度上決定排凝過程中能源的浪費(fèi)情況。

排污閥門的控制形式常見的有閥門直排、時(shí)間控制排污、浮球控制排污、電子控制排水污。每個(gè)排污閥門的控制方式都有自己的特點(diǎn)，在保證設(shè)備的正常工作狀態(tài)下首選無壓力損失、無能源損耗排水方式。通過降低壓力損失達(dá)到節(jié)能的目的。常見排污方式對(duì)比見表1。

表1 常見排污方式對(duì)比表

根據(jù)表1可以看出，常見的冷凝水的排放設(shè)施以選擇浮球控制調(diào)節(jié)的排污裝置相對(duì)節(jié)能，但常見的浮球閥由于排污口和排污量較小，使用場合有一定的局限性。目前美國Ingersollrand公司開發(fā)的氣動(dòng)無損閥及德國BEKO開發(fā)的電容式自動(dòng)疏水器都是為了在使用防堵塞、排凝量大、防腐蝕的環(huán)境設(shè)計(jì)，在排水過程中只排水不排壓縮空氣，杜絕了因排凝造成的壓縮空氣浪費(fèi)。

五、結(jié)語

空壓站作為壓縮空氣生產(chǎn)和供應(yīng)站房，是壓縮空氣系統(tǒng)中節(jié)能的重要的環(huán)節(jié)。在保證設(shè)備安全，穩(wěn)定供氣的過程中，要通過技術(shù)的角度去分析各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中存在節(jié)能潛力，使壓縮空氣的制作成本能耗降到更低。

[1]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].

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1671-0711（2015）10-0078-02

2015-06-25）