螺桿機(jī)空氣壓縮系統(tǒng)運(yùn)行分析與改造建議

王超群，畢軍偉

(三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200)

壓縮空氣系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離輸送壓降小、無(wú)污染、氣源充足等優(yōu)點(diǎn)，在輪胎行業(yè)廣泛用作動(dòng)力源。在消耗的電費(fèi)中，空氣壓縮機(jī)的電耗占整個(gè)輪胎企業(yè)電耗的15%～25%。采購(gòu)成本、維護(hù)成本和能源運(yùn)行成本是構(gòu)成空壓機(jī)成本的三大方面，采購(gòu)成本和維護(hù)成本各占10%左右，運(yùn)行成本卻高達(dá)80%。在壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行中，只有輸入能量的不足20%最終被利用，能效利用低，但同時(shí)說(shuō)明系統(tǒng)中還有較大的節(jié)能改造空間。

1 壓縮空氣系統(tǒng)的組成

1.1 壓縮空氣系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化和傳遞流程

壓縮空氣系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程，如圖1所示：

圖1 氣動(dòng)系統(tǒng)能量傳遞與轉(zhuǎn)化流程圖

過(guò)程1：電動(dòng)機(jī)將輸入電能部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，輸出效率基本為90%左右；過(guò)程2：機(jī)械能對(duì)壓縮空氣做功，部分轉(zhuǎn)化為壓力勢(shì)能，做功過(guò)程產(chǎn)生大量熱能被冷卻系統(tǒng)帶走，使得壓縮機(jī)的最終轉(zhuǎn)化效率不高；過(guò)程3：壓縮空氣在管路和各種控制元件輸送過(guò)程中，存在著沿程阻力，造成壓力降低，這期間，泄漏是最主要的能源浪費(fèi)；過(guò)程4：壓縮空氣的壓力勢(shì)能通過(guò)氣缸、噴嘴等執(zhí)行元件部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，服務(wù)于生產(chǎn)。

1.2 壓縮空氣系統(tǒng)的組成

根據(jù)公司壓縮空氣的流通環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)部分，壓縮空氣站工藝流程圖如圖2。

（1）壓縮空氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)：現(xiàn)有螺桿式空氣壓縮機(jī)7臺(tái)，分別為SA-250W-10.5（38.2 m3/min）空壓機(jī)5臺(tái)；SA-30A-10.5（4.5 m3/min）空壓機(jī)2臺(tái)，均為北京復(fù)盛機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

（2）管路及控制元件環(huán)節(jié)：7臺(tái)空壓機(jī)管路要求站內(nèi)合理布局；DS2-050NW冷凍式空氣干燥器5臺(tái)；C-040L-DG主管路過(guò)濾器5臺(tái)；DN1400V=4 m3壓縮空氣儲(chǔ)罐5臺(tái)。還有空壓配電系統(tǒng)、控制柜、水冷卻管路配套設(shè)施等。

（3）執(zhí)行元件及用氣設(shè)備環(huán)節(jié)：壓縮空氣經(jīng)過(guò)數(shù)百米管線到達(dá)使用車間，設(shè)置緩沖罐進(jìn)一步除水、穩(wěn)壓，到設(shè)備機(jī)臺(tái)各執(zhí)行元件，如氣缸執(zhí)行動(dòng)作、氣動(dòng)閥執(zhí)行動(dòng)作、壓出線吹除水珠等等。

2 壓縮空氣系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

公司壓縮空氣系統(tǒng)，整體存在能源效率低下及浪費(fèi)嚴(yán)重等突出問(wèn)題，主要有空壓站運(yùn)行不科學(xué)、能源評(píng)價(jià)不合理、供氣節(jié)能管理不到位和設(shè)備節(jié)能改造不及時(shí)等：

圖2 公司壓縮空氣站流程圖

（1）公司原有3臺(tái)SA-250W-10.5空壓機(jī)，2臺(tái)SA-30A-10.5空壓機(jī)，隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，日用風(fēng)量增加75%，增加用風(fēng)量近5萬(wàn)m3，只是在空壓站原來(lái)布局的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單增加2臺(tái)SA-250W-10.5空壓機(jī)，相應(yīng)增加2臺(tái)DS2-050NW冷凍式空氣干燥器和2臺(tái)DN1400V=4 m3壓縮空氣儲(chǔ)罐。沒有對(duì)空壓站設(shè)備、管路工藝布局重新設(shè)計(jì)，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)供風(fēng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理、遠(yuǎn)端用風(fēng)點(diǎn)壓力不足、管路偏細(xì)壓力損失大、空壓機(jī)運(yùn)行效率低等問(wèn)題。三班平均運(yùn)行空壓機(jī) 3.5臺(tái)，按空壓機(jī)效率60%粗略計(jì)算，理論出風(fēng)量11.5萬(wàn)m3，實(shí)際為7.0萬(wàn)m3。

（2）運(yùn)行管理不到位造成空壓機(jī)效率偏低。主要是運(yùn)行空壓機(jī)輸出壓力控制偏高，沒有及時(shí)調(diào)整、運(yùn)行模式管理中空壓機(jī)開關(guān)機(jī)狀態(tài)控制不合理造成浪費(fèi)。以目前每天運(yùn)行7臺(tái)空壓機(jī)（其中有空壓機(jī)部分時(shí)段運(yùn)行）累計(jì)80 h測(cè)算，每天耗電20000 kWh，占整個(gè)公司全部電耗（包括共用工程、密煉、壓出、壓延、成型、硫化等各種輪胎設(shè)備耗電）20%以上。

（3）系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重，600 m管線遠(yuǎn)端壓力下降超過(guò)0.1 MPa，輪胎翻新工段在硫化罐硫化過(guò)程中，包封套內(nèi)壓力始終達(dá)不到規(guī)定0.8 MPa工藝要求，對(duì)翻新胎生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。而且泄漏造成的低壓力會(huì)造成執(zhí)行元件動(dòng)作不到位，甚至出現(xiàn)誤動(dòng)作，造成嚴(yán)重設(shè)備損失。

3 壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行分析及改造建議

壓縮空氣系統(tǒng)是輪胎企業(yè)電力消耗較大的設(shè)備系統(tǒng)，從運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定到運(yùn)行模式的管控、空氣管路的設(shè)計(jì)以及泄漏的治理都是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的關(guān)鍵因素。

3.1 壓縮空氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)運(yùn)行分析及改造

3.1.1 壓縮空氣站管徑核算

如圖2所示，壓縮空氣站系統(tǒng)提供壓縮空氣用量不均衡，且負(fù)荷變化較大，白班（早8:00～16:30）用風(fēng)量達(dá)到5.8萬(wàn)m3，夜間（晚23:00～早7:00）用風(fēng)量達(dá)到 3.3萬(wàn) m3。

白班運(yùn)行5臺(tái)大型空壓機(jī)，以此核算相關(guān)配備緩沖罐、冷干機(jī)數(shù)量并進(jìn)行管路直徑驗(yàn)算。5臺(tái) SA-250W-10.5空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，白班消耗風(fēng)量5.8萬(wàn)m3。如圖2可知，5臺(tái)空壓機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣經(jīng)5臺(tái)冷干機(jī)后到緩沖罐（進(jìn)、出口管徑Φ108×6），管路（管徑Φ219×8）輸出通往使用車間?，F(xiàn)場(chǎng)情況是：白班5臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行，3臺(tái)冷干機(jī)運(yùn)行（2臺(tái)故障停機(jī)）、2臺(tái)緩沖罐（3臺(tái)未用）投入使用。5臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)產(chǎn)生的壓縮空氣進(jìn)入過(guò)渡主風(fēng)管1，經(jīng)過(guò)3臺(tái)冷干機(jī)進(jìn)、回支管（限制風(fēng)量）后進(jìn)入過(guò)渡主風(fēng)管2，再經(jīng)過(guò)2臺(tái)緩沖罐，同樣流經(jīng)進(jìn)、回支管（限制風(fēng)量）才到輸出總管。整個(gè)壓縮空氣產(chǎn)生和輸出的過(guò)程可描述為：5臺(tái)空壓機(jī)壓縮空氣→5根Φ108×6管路（流通截面積約 0.04 m3） → 過(guò)渡主管風(fēng)管 1（Φ219×8，流通截面積約0.03 m3）→ 3臺(tái)冷干機(jī)（進(jìn)、回各3根Φ108×6管路流通截面積約0.024 m3）→過(guò)渡主管風(fēng)管2（Φ219×8）→ 2臺(tái)緩沖罐（進(jìn)、回各2根Φ108×6管路，流通截面積約 0.016 m3）→ 輸出主風(fēng)管（Φ219×8）。很顯然，壓縮空氣在空壓站內(nèi)由于投用設(shè)備不統(tǒng)一，壓縮空氣流通截面在進(jìn)、出口冷干機(jī)管路環(huán)節(jié)和進(jìn)、出緩沖罐管路環(huán)節(jié)進(jìn)一步縮小、氣流速度加大。根據(jù)《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)規(guī)定，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)存在壓縮空氣中水含量較大等問(wèn)題，可判斷冷干機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)不足、緩沖罐運(yùn)行數(shù)量不夠。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)論證并下達(dá)執(zhí)行規(guī)范，要求空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)與配套冷干機(jī)數(shù)量、儲(chǔ)氣罐數(shù)量保持一致。一方面可解決風(fēng)壓不穩(wěn)、風(fēng)中含大量水的的問(wèn)題，另一方面，從直觀上看，不存在管路流通量變化造成的空壓機(jī)效率低、輸出風(fēng)量不足的問(wèn)題。

下面核算空壓機(jī)出口管徑、空壓站出站口管徑，由《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式：

式中：

dm—管道內(nèi)徑，mm；

Qg—壓縮空氣在工況下的體積流量， m3/h；

v—壓縮空氣在工況下的的管內(nèi)流速，m/s；

Qz—自由狀態(tài)下的空氣流量，m3/h，即在溫度20℃，壓力98066.5 Pa時(shí)的流量；

t—壓縮空氣工作溫度，℃；

p—壓縮空氣的工作壓力，MPa（絕對(duì)）。

壓縮空氣流速當(dāng)管徑＞25 mm廠區(qū)管路v采用8～12 m/s，這里選v=8 m/s。

SA-250W-10.5（38.2 m3/min）空壓機(jī)按照效率65%，壓縮空氣工作溫度按照80℃，壓縮空氣工作壓力按照0.95 MPa，得出dm=91.4 mm＜100 mm，可知空壓機(jī)進(jìn)出口管徑選擇合適。

按5臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)開啟，得出輸出管徑dm總=204.3 mm＞200 mm 可知，當(dāng)空壓站5臺(tái)空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行，出風(fēng)量受到輸出管徑一定的限制，會(huì)造成空壓機(jī)效率下降，造成能耗的嚴(yán)重浪費(fèi)。在本年度實(shí)施的技改項(xiàng)目中，已提出增大主管路管徑的建議。

3.1.2 空壓機(jī)輸出壓力及相關(guān)節(jié)能技術(shù)途徑

公司采用樹枝狀供風(fēng)方式，只有一條壓縮空氣主管路，風(fēng)壓就高不就低。在公司供氣管路末端、翻新工段翻新輪胎硫化過(guò)程中，輪胎包封套內(nèi)的壓力工藝要求不低于0.78 MPa，這樣供風(fēng)壓力不應(yīng)低于0.8 MPa，如此遠(yuǎn)距離供風(fēng)壓力要求，迫使整條供風(fēng)系統(tǒng)輸出壓力大大提高，至少保持在0.87 MPa以上，造成能耗增加。在公司日常白班用風(fēng)量高峰時(shí)期，翻新硫化被迫停產(chǎn)，無(wú)法作業(yè)。解決辦法是將空壓站1臺(tái)SA-30A-10.5（4.5 m3/min）空壓機(jī)搬遷至翻新工段，或是根據(jù)用氣量大小分別設(shè)定2條供風(fēng)管路，分別到用氣壓力需求不同的用氣單元。

不同輸出壓力下，空壓機(jī)消耗的能量可用氣動(dòng)功率（P）來(lái)衡量：

式中：

Pa—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力；

Qa—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣體積流量；

P—工況壓力或空氣壓縮機(jī)輸出壓力；

Va—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣體積。

從（3）、（4）兩式可以看出，空壓機(jī)輸出單位體積（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）壓縮空氣所需的平均耗電量，其值隨輸出壓力增加而增大。根據(jù)（4）式可得，當(dāng)輸出壓力分別是0.85 MPa和0.95 MPa時(shí)，空氣壓縮機(jī)壓縮相同體積的氣體所消耗的能量之比為0.95，能量減少5%。 因此，空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，盡量降低輸出壓力，控制最高使用壓力。以我公司為例，輪胎成型機(jī)和空氣定型機(jī)以及翻新硫化罐所使用風(fēng)壓較高，對(duì)于用風(fēng)量較少的設(shè)備，可使用空氣增壓技術(shù)，更好地滿足輪胎設(shè)備生產(chǎn)需求。

根據(jù)（4）式可見，與降低壓縮空氣的能耗有關(guān)的因素是：流量Q、壓力P、時(shí)間t。因此，氣動(dòng)節(jié)能的技術(shù)途徑為：①減少流量：提高產(chǎn)氣設(shè)備效率，改造輸送環(huán)節(jié)、降低泄漏、優(yōu)化用氣設(shè)備；②降低壓力：降低設(shè)備供氣壓力，單獨(dú)配送高壓氣設(shè)備，減少管路壓力損失；③縮短時(shí)間:有效利用氣源，停機(jī)斷氣、連續(xù)吹風(fēng)改造間斷吹風(fēng)，縮短用氣設(shè)備管路等。

同一臺(tái)空壓機(jī)輸出壓力不同時(shí)所消耗的能量E：

3.1.3 空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)

空壓機(jī)在等溫壓縮最省功，所需壓縮功最小，因此，要保證空壓機(jī)的進(jìn)氣溫度不能過(guò)高?？諌簷C(jī)的吸風(fēng)口，應(yīng)通風(fēng)良好，避免陽(yáng)光直射，有條件設(shè)置防雨棚。在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，將低溫冷卻水盡量通往中間冷卻器，往后進(jìn)入后冷卻器，以螺桿空壓機(jī)輸出的氣體壓力為0.95 MPa，有后冷卻器時(shí)空氣溫度為35℃，無(wú)后冷卻器為80℃，相同體積的兩種壓縮空氣到達(dá)使用機(jī)臺(tái)，都降至20℃，根據(jù)查理定理有：

由上計(jì)算可見，有無(wú)冷卻器到達(dá)使用機(jī)臺(tái)，壓力相差11.4%，后冷不僅起到冷卻氣體的作用，同時(shí)起汽水分離作用。要求空壓機(jī)具備足夠的符合品質(zhì)要求的冷卻水，并定期清洗冷卻設(shè)備，清除內(nèi)壁水垢，減少熱阻。

3.1.4 空壓機(jī)運(yùn)行模式分析

公司各種輪胎設(shè)備的用氣量是非常不穩(wěn)定的，波動(dòng)較大。通過(guò)加卸載控制模式是螺桿空壓機(jī)的主要控制方式。用氣量的巨大波動(dòng)，會(huì)帶來(lái)空壓機(jī)頻繁啟停，增加電能消耗，同時(shí)也會(huì)影響設(shè)備使用壽命。據(jù)測(cè)算，38.2 m3/min空壓機(jī)在滿負(fù)荷工況運(yùn)行，額定單耗為109.1 kWh/km3，在半負(fù)荷運(yùn)行工況下，通過(guò)檢測(cè)用電負(fù)荷，單耗上升至135 kWh/km3，增加23.7%。公司空壓機(jī)24 h運(yùn)行，提高空壓機(jī)處于正常工作狀態(tài)的比例可以降低產(chǎn)品的單位能耗，在夜間等時(shí)段，減少空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，可以節(jié)省空壓機(jī)由于處于待機(jī)狀態(tài)而消耗的大量能源。

空壓機(jī)配置標(biāo)準(zhǔn)250 kW三相交流電動(dòng)機(jī)，可以采用變頻調(diào)速控制空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變排氣量，和用氣量達(dá)到一定的平衡，滿足了空壓機(jī)負(fù)載變化的需要，節(jié)能效果非常明顯。

因變頻器本身也在耗電，空壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，只是增加電耗，所以在多臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，其中1臺(tái)加裝變頻器輔助調(diào)速，變頻器處于平衡補(bǔ)償狀態(tài)。

3.2 壓縮空氣輸送管路的運(yùn)行分析與改造

3.2.1 壓縮空氣管路合理設(shè)計(jì)和布局

以公司空氣管網(wǎng)為例，采用樹枝狀供風(fēng)方式，若末端翻新工段硫化罐未運(yùn)行，運(yùn)行4臺(tái)大型空壓機(jī)即可滿足生產(chǎn)需求；若翻新工段硫化罐運(yùn)行，雖然1臺(tái)硫化罐用風(fēng)量不及整個(gè)公司用風(fēng)量的5%，但仍然要增開1臺(tái)大型空壓機(jī)，因其需要供風(fēng)壓力較高，不得不提高整個(gè)管網(wǎng)的壓力等級(jí)來(lái)滿足用氣要求。

公司供風(fēng)主管道總廠643 m，空壓站房偏離負(fù)荷中心。由于管道長(zhǎng)，彎頭、閥門多，泄漏量也非常嚴(yán)重，造成管路末端壓降大，對(duì)正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。建議管路布局優(yōu)化的措施包括：①將主管樹枝狀供風(fēng)方式部分改造成輻射狀供風(fēng)方式，形成既節(jié)省投資又便于維護(hù)保養(yǎng)的樹枝和輻射混合的供風(fēng)方式，解決翻新輪胎硫化風(fēng)壓不足的問(wèn)題；②改造局部阻力較大的管路，對(duì)管徑按照有關(guān)壓縮空氣管路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)重新核算，發(fā)現(xiàn)管徑過(guò)細(xì)造成壓力損失增大，要進(jìn)行管路更換；③ 對(duì)于用風(fēng)量的不均衡，在空壓站房配置相應(yīng)的儲(chǔ)氣罐之外，還要在進(jìn)入車間的主管上，設(shè)置足夠大的儲(chǔ)風(fēng)罐，保持風(fēng)壓相對(duì)平穩(wěn)，同時(shí)可進(jìn)一步凈化壓縮空氣、去除冷凝水的作用。

3.2.2 以耗風(fēng)量核算部分支管管徑

公司主要用風(fēng)設(shè)備按照工段進(jìn)行劃分，分為密煉工段、膠囊/墊帶/內(nèi)胎工段、工程胎成型、工程胎硫化、翻新工段的幾個(gè)部分（如圖3），其中以密煉工段和工程胎成型工段耗風(fēng)量最大，下面按照平均耗風(fēng)量重點(diǎn)對(duì)其主管徑進(jìn)行核算。

圖3 公司壓縮空氣系統(tǒng)流程圖

以用風(fēng)量較多的白班進(jìn)行測(cè)算：密煉工段用風(fēng)量980 m3/h；工程胎成型 1850 m3/h。以平均耗氣量總和為依據(jù)求設(shè)計(jì)耗量Q2：

式中：

Q2—設(shè)計(jì)容量，m3/h；

K—消耗量不平均（最大）系數(shù)，取1.3；

∑Qo—用氣工段平均消耗量總和，m3/h；

Φ1—管道漏損系數(shù)；Φ2—用氣設(shè)備磨損增耗系數(shù)；Φ3—未預(yù)見的消耗量系數(shù)；各種損耗總和（1+Φ1+Φ2+Φ3）=1.5；允許總壓力損失∑ΔH=50000 Pa。

流速上限按最高允許流速12 m/s，小于所規(guī)定單位壓力損失Δh1計(jì)算。公司主管直線長(zhǎng)634 m，則管道長(zhǎng)度L=634×1.15=729 m ，則允許單位壓力損失Δh=50000/729=68.6 Pa/m。

按照公式（5）：密煉工段Q2得1911 m3/h，工程胎成型工段Q2′得 3607.5 m3/h。

管道選用鋼制材料，粗糙度修正系數(shù)Ra=0.2 mm，按壓力0.9 MPa（絕對(duì)）查《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》表9-6，確定密煉工段供風(fēng)設(shè)計(jì)管徑為Φ89×4，實(shí)際使用Φ89×4管路滿足設(shè)計(jì)要求；工程胎成型設(shè)計(jì)管徑為Φ133×4.5，而現(xiàn)場(chǎng)使用Φ108×5，不能滿足成型要求。在后期設(shè)備投用后，工程胎成型工段由于風(fēng)量不足，影響成型設(shè)備、空氣定型設(shè)備效率的提升，在用風(fēng)量較大的2臺(tái)空氣定型機(jī)現(xiàn)場(chǎng)加裝了2個(gè)3 m3儲(chǔ)風(fēng)罐，同時(shí)改造了整個(gè)成型工段進(jìn)風(fēng)主管，用風(fēng)情況得到了徹底改善。

3.2.3 壓縮空氣泄漏

壓縮空氣泄漏不可避免，且較難發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)后也不像油、水、蒸汽泄漏一樣，一旦跑冒滴漏就會(huì)引起管理者重視。在輪胎企業(yè)，正常管理水平下，壓縮空氣泄漏可達(dá)到30%～50%。泄漏主要發(fā)生點(diǎn)有：氣缸、軟管接頭、空氣三聯(lián)件、螺紋接頭、快插接頭、減壓閥排氣口以及壓縮空氣管路在溫度高、潮濕環(huán)境下受腐蝕產(chǎn)生小孔等。

（1）氣體泄漏量及耗電費(fèi)用的計(jì)算

計(jì)算泄漏量時(shí)要判斷氣體流動(dòng)速度與音速的關(guān)系，若氣體流動(dòng)屬于音速流動(dòng)，成為臨界流，我們計(jì)算孔徑1 mm在0.8 MPa絕對(duì)壓力下的泄漏量。如下式：

式中：

P0—環(huán)境壓力，Pa，取 1.01×105Pa；

P—容器內(nèi)絕對(duì)壓力，Pa，取0.8×106Pa；

k—空氣的絕熱系數(shù) 查表取1.4。

顯然條件成立，此時(shí)有泄漏量公式：

式中：

Q0—空氣泄漏量, kg/s;

Cd— 空氣的泄漏系數(shù)，裂口為圓形時(shí)，取1.0;

A—截面直徑，m2;

M—空氣的相對(duì)分子質(zhì)量，取28.96×10-3kg/mol;

R—空氣的氣體常數(shù)，取8.314 J/(mol.K);

T—空氣溫度， 取273+20=293 K;

ρ— 空氣密度， 20℃時(shí)，取 1.205 kg/m3。

將以上參數(shù)代入（7）式，得Q0=0.00148 kg/s,即 74 L/min（ANR）。

將數(shù)值代入（3）式，得出氣動(dòng)功率損失為258 W。公司壓縮機(jī)額定功率250 kW，額定輸出流量為38.2 m3/min，其比功率為：

α則74 L/min (ANR)換算成壓縮機(jī)入口大氣狀態(tài)下（同樣是20℃）的體積流量：

則基于比功率折算出壓縮機(jī)的年耗電費(fèi)用為（以24 h、350d/年、電單價(jià)0.7元/kWh）：

可見，壓縮空氣泄漏造成經(jīng)濟(jì)損失非常巨大，節(jié)能挖潛效益也非?？捎^。

（2）壓縮空氣泄漏量的測(cè)算方法

壓縮空氣泄漏量主要有兩種測(cè)算方法，一是根據(jù)空壓機(jī)上下載時(shí)間進(jìn)行測(cè)算，在停產(chǎn)期間，運(yùn)行1臺(tái)空壓機(jī)，并記錄空壓機(jī)上、下載時(shí)間，則總泄漏量可以按照公式：

式中：

VL—系統(tǒng)泄漏量，m3/min；

VC—空壓機(jī)的體積流量，m3/min；

t—空壓機(jī)上載時(shí)間，min；

T—空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間，min。

第二種測(cè)試方法利用系統(tǒng)壓力降進(jìn)行測(cè)試，啟動(dòng)空壓機(jī)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力從系統(tǒng)正常時(shí)的供氣壓力，此時(shí)，停止空壓機(jī)運(yùn)行，開始記錄系統(tǒng)壓力下降至較低壓力值的時(shí)間，常取降為正常壓力的一半，此時(shí)，系統(tǒng)泄漏量公式為：

VL—系統(tǒng)泄漏量，m3/min；

VR—系統(tǒng)儲(chǔ)氣容積（所有儲(chǔ)氣罐容積和系統(tǒng)管道容積），m3；

t—測(cè)試時(shí)間 ，min ；

P1—管路起始正常壓力，MPa；

P2—管路放氣壓力，MPa；

Pa—標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，MPa。

利用公式（9）測(cè)算系統(tǒng)泄漏量，統(tǒng)計(jì)所有儲(chǔ)氣罐和管路容積工作量較大，容易造成較大誤差。2017年年底集中停產(chǎn)檢修期間，我們按照公式（8）測(cè)算了公司壓縮空氣系統(tǒng)泄漏情況，運(yùn)行1臺(tái)38.2 m3/min螺桿式空氣壓縮機(jī)，進(jìn)行1天24 h監(jiān)測(cè)，記錄空壓機(jī)上載時(shí)間累計(jì)達(dá)到11.5 h，可根據(jù)式（8）得出公司壓縮空氣系統(tǒng)總泄漏量為18.3 m3/min。公司總用風(fēng)量在70000 m3，平均空氣總消耗量（包括泄漏量）在48.6 m3/min，泄漏量占總氣量的37.6%。

從以上分析可以看出，壓縮空氣系統(tǒng)泄漏在產(chǎn)氣量中占有很大比重。在車間內(nèi)，浪費(fèi)風(fēng)源的情況隨處可見，許多閥門、管路連接部位、三聯(lián)體都在漏氣，在風(fēng)包、管路末端為了泄放冷凝水而將閥門常開，造成無(wú)形巨大浪費(fèi)。

節(jié)能舉措：①對(duì)主要生產(chǎn)車間的供氣管路安裝流量計(jì)管理系統(tǒng)，確定工藝用量限額；②調(diào)整工藝用氣量，盡可能減小閥門、接頭數(shù)量，減少動(dòng)、靜密封點(diǎn)；③加強(qiáng)管理，使用專用工具定期巡檢。

3.3 執(zhí)行控制元件與用氣設(shè)備運(yùn)行分析

氣動(dòng)控制元件的節(jié)能改造思路包括：增加電磁閥內(nèi)部相關(guān)氣道的截面積；增大閥體的流通能力；減少i壓縮空氣流通時(shí)壓力損失、提高輸出壓力等。

執(zhí)行元件中氣缸最具代表性，可改造成節(jié)能氣缸，減輕部件重量，降低氣缸活塞與缸徑的滑動(dòng)摩擦；采用組合設(shè)計(jì)，將氣缸和控制電磁閥組合在一體，減少管路容積；還可采用特殊氣缸，將氣缸排氣收集重新利用。

噴嘴是氣動(dòng)系統(tǒng)中耗氣量最大的用氣設(shè)備，為減少用氣量，通常在供氣管路上加裝減壓閥。但是更好的節(jié)能方式是改造噴嘴結(jié)構(gòu)，加裝噴嘴節(jié)能裝置，使壓縮空氣噴出時(shí)，壓力損失減低、沖擊力增加、流量減小，達(dá)到節(jié)能增效的作用。

在氣動(dòng)控制元件的節(jié)能改造改進(jìn)方面，新型材料以及精益制造技術(shù)的應(yīng)用具有巨大的發(fā)展空間，因?yàn)樾滦筒牧峡梢詫?shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)滑，減少摩擦，增強(qiáng)密封效果。精益制造可設(shè)計(jì)加工出優(yōu)化的流道結(jié)構(gòu)，降低風(fēng)阻系數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

公司壓縮空氣系統(tǒng)從電動(dòng)機(jī)輸入電能，到執(zhí)行元件輸出機(jī)械能并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，從壓縮空氣生產(chǎn)環(huán)節(jié)、輸送與控制、設(shè)備使用等三個(gè)方面分析了造成系統(tǒng)能量損失的主要原因并提出了節(jié)能改造建議。要實(shí)現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)整體的節(jié)能降耗，不僅要在技術(shù)研究中注重節(jié)能改造，還要在節(jié)能管理上加大力度，才能最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。