紡織廠織布車間壓縮空氣的泄漏評(píng)估

苗 苗，顏蘇芊，秦 莉，鄧小宏

(1.西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710048； 2.西安恒信通節(jié)能技術(shù)有限公司，陜西 西安 710048； 3.咸陽紡織集團(tuán)有限公司，陜西 咸陽 712000)

壓縮空氣作為目前工業(yè)領(lǐng)域中最為廣泛應(yīng)用的動(dòng)力源之一，具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)壓縮空氣也是最為昂貴的能源之一，其能耗在大多數(shù)工廠中約占全部能耗的30%～40%[1]。泄漏是紡織廠壓縮空氣系統(tǒng)中一個(gè)常見的浪費(fèi)現(xiàn)象，泄漏量常占到系統(tǒng)產(chǎn)氣量的 20%～40%，管理不善的工廠甚至高達(dá)50%[2]。因此，正確評(píng)估紡織企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏情況對(duì)于企業(yè)認(rèn)識(shí)泄漏具有重要的意義。

通過對(duì)某紡織廠空氣壓縮系統(tǒng)的檢測，發(fā)現(xiàn)該廠的2個(gè)織布車間內(nèi)織機(jī)臺(tái)數(shù)相近，但用氣量相差較大，可見其中一個(gè)織布車間泄漏情況十分嚴(yán)重。本文結(jié)合對(duì)泄漏的定量、定位檢測，對(duì)壓縮空氣在該用氣量多的織布車間內(nèi)泄漏情況作出準(zhǔn)確評(píng)估，并通過空氣壓縮機(jī)的比功率計(jì)算泄漏所造成的能耗及經(jīng)濟(jì)損失，最后針對(duì)不同的泄漏原因提出了不同的堵漏方法，估算修復(fù)泄漏可帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

1 概 述

1.1 空氣壓縮系統(tǒng)

紡織廠使用的壓縮空氣分為紡部用氣和織部用氣，其中紡部用氣主要用于自動(dòng)加壓和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，例如細(xì)紗氣動(dòng)加壓、自動(dòng)落紗、絡(luò)筒自動(dòng)接頭等；織部用氣主要作為動(dòng)力使用，完成噴氣織機(jī)的引緯和折邊功能[3]。紡織各部位用氣特點(diǎn)不同，對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量、壓力、流量有較大的差異，其中，噴氣織機(jī)的用氣壓力低，但是用氣量大[4]。

對(duì)某紡織廠空氣壓縮站進(jìn)行實(shí)地檢測，發(fā)現(xiàn)該廠有Atlas Copco公司的空氣壓縮機(jī)共11臺(tái)，其中離心式5臺(tái)，螺桿式6臺(tái)。在日常生產(chǎn)過程中，開啟5臺(tái)離心式空氣壓縮機(jī)與1臺(tái)螺桿式空氣壓縮機(jī)用于低壓系統(tǒng)的供氣，其中，離心式空氣壓縮機(jī)定頻運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)氣量大；螺桿式空氣壓縮機(jī)變頻運(yùn)轉(zhuǎn)，采用連續(xù)不斷的加卸載過程以適應(yīng)系統(tǒng)的壓力波動(dòng)[5]。

該空氣壓縮站同時(shí)向3個(gè)分廠提供壓縮空氣，低壓系統(tǒng)的各分廠用氣情況見表1。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)一、二分廠織布車間中織機(jī)臺(tái)數(shù)相近，但用氣量相差140.1 m3/min，除了生產(chǎn)用氣以外，這部分氣耗可能以泄漏為主。因此，降低噴氣織機(jī)能耗主要從查找壓縮空氣泄漏入手，并采取修復(fù)措施，以達(dá)到降耗要求。

表1 低壓系統(tǒng)的各分廠用氣情況

1.2 噴氣織機(jī)型號(hào)及分布

對(duì)二分廠織布車間進(jìn)行實(shí)地檢測，發(fā)現(xiàn)有7種型號(hào)噴氣織機(jī)，共446臺(tái)，其中有日本津田駒公司生產(chǎn)的ZA和ZAX系列、比利時(shí)必佳樂公司生產(chǎn)的OMNIPLUS-800系列的噴氣織機(jī)。由于廠房搬遷以及進(jìn)口設(shè)備等原因，各型號(hào)織機(jī)的出廠和啟用日期各不相同，機(jī)器老化程度不一，造成壓縮空氣的泄漏情況差別較大，因此在進(jìn)行泄漏檢測時(shí)，針對(duì)每種型號(hào)噴氣織機(jī)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。該車間噴氣織機(jī)型號(hào)見表2。

2 噴氣織機(jī)壓縮空氣泄漏檢測

2.1 檢測設(shè)備及方法

選用北京愛社(ECOSO)科技發(fā)展有限公司的SALT系列智能氣體泄漏檢測儀和ALS系列超聲波掃描槍對(duì)壓縮空氣泄漏進(jìn)行定量、定位檢測[6]。

表2 噴氣織機(jī)型號(hào)

2.1.1 定量檢測

泄漏檢測儀通過壓力傳感器測量氣體泄漏所導(dǎo)致的設(shè)備內(nèi)部的壓力下降，對(duì)泄漏量進(jìn)行計(jì)算并輸出結(jié)果[7]。

檢測的一般步驟為：

①關(guān)閉球閥，將泄漏檢測儀用PU管接入到噴氣織機(jī)供氣管路的閑置接口。

②打開球閥開啟泄漏檢測儀，穩(wěn)定一段時(shí)間，觀察壓力，此時(shí)壓力即為當(dāng)前管路壓力。

③關(guān)閉固定主、輔噴嘴閥門及球閥，待壓力均勻下降時(shí)按“開始”鍵開始測量，對(duì)泄漏量進(jìn)行記錄。

2.1.2 定位檢測

壓縮空氣管路發(fā)生泄漏時(shí)，管材與漏點(diǎn)之間的聲學(xué)性能差異使超聲波信號(hào)發(fā)生變化，掃描槍通過分析超聲波在被檢測工件上傳播特性來評(píng)估泄漏[8]。

檢測的一般步驟為:

①將噴氣織機(jī)引緯機(jī)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行細(xì)化，從供氣端逐步向使用端逐一進(jìn)行檢測。

②觀察光柱顯示節(jié)數(shù)，節(jié)數(shù)越多的方向即為存在泄漏的方向。

③通過調(diào)節(jié)感知度旋鈕，使泄漏方向的各點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度能明顯地區(qū)別開來，從而判斷泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。

2.2 檢測結(jié)果

通過對(duì)該紡織廠織布車間的壓縮空氣泄漏的測試，發(fā)現(xiàn)噴氣織機(jī)內(nèi)壓縮空氣泄漏情況頗為嚴(yán)重。ZAX-9100型、ZAX-9200型和OMNIPLUS-800型織機(jī)單臺(tái)泄漏量少，但是臺(tái)數(shù)多累計(jì)泄漏量大；而ZA205i型、ZAX-N型、ZAX-e型和ZAX-GS型織機(jī)臺(tái)數(shù)少，但是大部分織機(jī)泄漏量大于0.5 m3/min。對(duì)泄漏量大于0.5 m3/min的織機(jī)取0.5 m3/min作為估計(jì)值，經(jīng)計(jì)算，該廠織布車間內(nèi)的壓縮空氣泄漏總量為161.512 m3/min，各型號(hào)織機(jī)壓縮空氣泄漏情況測試結(jié)果見表3。

表3 各型號(hào)織機(jī)壓縮空氣泄漏情況

對(duì)泄漏進(jìn)行定位檢測，發(fā)現(xiàn)由于織機(jī)型號(hào)、啟用日期以及老化程度各不相同，泄漏點(diǎn)分布情況相差較大，對(duì)各織機(jī)漏點(diǎn)分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表4。投產(chǎn)不超過5年的ZAX-9100型、ZAX-9200型、ZAX-GS型織機(jī)經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)較少，而使用年限較長，織機(jī)老化程度高的ZAX-N型、ZAX-e型、ZA205i型織機(jī)，泄漏點(diǎn)多且主要集中在調(diào)壓箱閥門、接口和油過濾器，具體分布情況如圖1所示。通過對(duì)其泄漏原因進(jìn)行分析，可以得出：泄漏主要來源于管路輸送和連接部件，是由于設(shè)備在使用過程中零部件老化和破損而沒有及時(shí)修復(fù)更換引起的。

表4 各型號(hào)織機(jī)泄漏點(diǎn)匯總

圖1 各型號(hào)織機(jī)漏點(diǎn)分布情況

在本文泄漏檢測過程中，通過排查發(fā)現(xiàn)，由于噴嘴閥門無法關(guān)閉、閑置接口無法使用和機(jī)器損壞等情況，導(dǎo)致部分織機(jī)無法檢測，則計(jì)算時(shí)取同種型號(hào)織機(jī)的檢測數(shù)據(jù)作為估計(jì)值。無法檢測原因見表5。

表5 無法檢測的織機(jī)原因

3 能耗分析

3.1 比功率

比功率是評(píng)價(jià)空氣壓縮機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，表示單位產(chǎn)氣量所消耗的電能，比功率越小，說明空氣壓縮機(jī)能量利用的效率越高，單位功耗越低[9]，計(jì)算公式如下:

(1)

式中:ζ為比功率,kW/(m3·min-1)；N為空氣壓縮機(jī)輸入功率，kW；Qa為空氣壓縮機(jī)實(shí)際容積流量，m3/min。

參照GB 19153—2009《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》，在計(jì)算空氣壓縮機(jī)比功率時(shí)，實(shí)際容積流量指經(jīng)空氣壓縮機(jī)壓縮并排出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)排氣位置的容積流量，且該流量應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn)吸氣位置的空氣狀態(tài)；空氣壓縮機(jī)輸入功率指在額定供電情況下總的輸入功率。

3.2 能耗計(jì)算

針對(duì)該紡織廠的具體情況，織布車間所用壓縮空氣屬于低壓系統(tǒng)，其中螺桿式空氣壓縮機(jī)僅用于適應(yīng)負(fù)荷變化，壓縮空氣主要由離心式空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)，因此在進(jìn)行能耗分析時(shí)選擇離心式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)空氣壓縮機(jī)實(shí)際容積流量進(jìn)行檢測，由于空氣壓縮機(jī)出口管道沒有預(yù)置流量計(jì)，利用葉輪風(fēng)速儀對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處流速進(jìn)行檢測，檢測點(diǎn)分布見圖2。經(jīng)多次測量求平均值得到空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處空氣流速為15.93 m/s，進(jìn)口處截面積為0.275 m2，以此可以算出工作狀態(tài)下的容積流量：

Qa=Sv=4.38 m3/s=262.85 m3/min

(2)

式中：S為空氣壓縮機(jī)進(jìn)口管道面積，m2；v為空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處空氣流速，m/s。

圖2 空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處檢測點(diǎn)分布

對(duì)空氣壓縮機(jī)輸入功率進(jìn)行檢測，利用萬用表測得空氣壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的電壓為10 kV，電流為90.3 A，以此可以算出工作狀態(tài)下的輸入功率：

(3)

式中：U為空氣壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)電壓，V；I為空氣壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)電流，A；cosφ為功率因數(shù)，取0.8。

從而利用式(1)可計(jì)算出空氣壓縮機(jī)的比功率：

ζ=N/Qa=1 251.2/262.85=4.76 kW/(m3·min-1)

經(jīng)檢測，該廠織布車間內(nèi)的壓縮空氣泄漏總量為161.5 m3/min，按年運(yùn)行350天計(jì)算，每年因泄漏造成的空氣壓縮機(jī)額外耗電量為161.5×4.76×24×350=645.7萬kW·h，按電費(fèi)0.7元/(kW·h)計(jì)算，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)645.7×0.7=452萬元。然而除了空氣壓縮機(jī)電費(fèi)，壓縮空氣的生產(chǎn)成本還包括氣源設(shè)備折舊費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)及潤滑油等費(fèi)用，實(shí)際每年因壓縮空氣泄漏而造成的經(jīng)濟(jì)損失應(yīng)大于計(jì)算值[10]。

4 泄漏修復(fù)

4.1 修復(fù)方案

在紡織企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)中，由于空氣泄漏原因復(fù)雜多樣，因此泄漏往往難以避免，但是通過有效的修復(fù)措施可以將泄漏量降低到由環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)性要求所決定的最大允許泄漏率以下，從而減少壓縮空氣浪費(fèi)，提高能源利用效率[11]。本文修復(fù)工作針對(duì)不同的泄漏原因采用了不同的堵漏方法，具體方法見表6。

表6 噴氣織機(jī)壓縮空氣堵漏方法

對(duì)于壓縮空氣使用量大的企業(yè)，應(yīng)該設(shè)立定期化、常態(tài)化的檢漏、堵漏工作組；對(duì)于老化明顯且壓縮空氣用量大的設(shè)備，企業(yè)應(yīng)以換代修，最大可能地減少壓縮空氣泄漏，消除壓縮空氣浪費(fèi)現(xiàn)象。

4.2 修復(fù)效果

在完成部分織機(jī)的修復(fù)工作后，對(duì)織機(jī)進(jìn)行泄漏情況的復(fù)檢，通過分析發(fā)現(xiàn)：壓縮空氣泄漏量出現(xiàn)明顯減小，同時(shí)設(shè)備供氣壓力也有不同程度的提升。

由于操作水平、現(xiàn)場條件等因素限制，堵漏完成后仍不能做到消除泄漏，但該企業(yè)漏氣量出現(xiàn)大幅下降，經(jīng)過估算，在完成全部噴氣織機(jī)的堵漏后，該廠織布車間內(nèi)的壓縮空氣泄漏總量減少48.29 m3/min，堵漏量占到了該廠總供氣量的11.3%，每年僅空氣壓縮機(jī)的耗電量可節(jié)約48.29×4.76×24×350=193.08萬kW·h，每年可節(jié)約電費(fèi)193.08×0.7=135.2萬元。

由此可見，堵漏所帶來的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。以上還沒有包括更換老舊設(shè)備所減少的漏氣量，因此實(shí)際堵漏效果會(huì)更顯著。

5 結(jié) 論

通過本文對(duì)某紡織廠織布車間內(nèi)壓縮空氣的泄漏評(píng)估，發(fā)現(xiàn)：

①壓縮空氣泄漏情況廣泛存在于紡織企業(yè)，在針對(duì)織布車間的檢漏過程中，由于在強(qiáng)噪聲環(huán)境下壓縮空氣泄漏難以被察覺，因此選擇合適的檢漏方法對(duì)泄漏進(jìn)行定量、定位分析至關(guān)重要。

②通過對(duì)該紡織廠二分廠的檢測，發(fā)現(xiàn)噴氣織機(jī)壓縮空氣泄漏量巨大，泄漏總量高達(dá)161.5 m3/min，老舊機(jī)型的泄漏點(diǎn)較多，主要集中在調(diào)壓箱閥門、油過濾器、進(jìn)氣閥及接管和織機(jī)內(nèi)部接口及接管，造成這一情況的主要原因是噴氣織機(jī)使用年限長，機(jī)器明顯老化以及管理維護(hù)不及時(shí)。

③分析因泄漏造成的能耗損失，對(duì)空氣壓縮機(jī)組產(chǎn)氣量和用電功率進(jìn)行檢測得到比功率，計(jì)算得出每年能耗損失為645.7萬kW·h，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)452萬元。

④針對(duì)不同的泄漏原因應(yīng)采用不同的堵漏方法，經(jīng)過估算，堵漏之后每年可節(jié)約能耗 193.08萬kW·h，節(jié)約電費(fèi)135.2萬元。