空壓機節能改造新技術應用研究

宋韌 劉淑婷

（天津中環恒達節能科技有限公司，天津，300193）

1.空壓機能耗現狀及節能改造市場分析

空氣壓縮機作為工業制造行業的主要動力源，其能耗問題已經引起了全世界的高度重視。但是，在我國對空壓機的節能潛力認識不足，對空壓機節能改造技術涉及的內容和如何利用節能服務公司的投資實施節能改造了解不多，本文對空壓機節能改造新技術應用和改造創新模式加以了綜合提煉，以供工業用氣大戶企業的空壓機崗位技術人員、企業節能負責人等了解參考，使我國空氣壓縮機的能耗水平迅速趕超日本。

據統計，在中國壓縮空氣的耗電量占全國發電量的9.4%-10%，壓縮空氣系統的耗電量約占用氣企業總耗電量的15%-35%不等。在空氣壓縮機的壽命周期成本中，能耗成本占了約70%，在中國，壓縮機的平均使用負荷只有66%，“大馬拉小車”的現象是比較普遍的，僅僅設計運營富裕出這部分功率，能源浪費就高達12%，因此壓縮機的節能空間一般可以達到12%～50%。所以空壓機的節能已經引起了業界，特別是節能服務公司、廠商及部分用氣企業的高度重視，目前空壓機節能改造技術措施主要包括：變頻改造、余熱回收、聯控器控制、新材料管路優化設計與改造、恒壓控制五個重要環節，其中采用變頻調速節能量可達到10%～35%，集中控制調節節能量可達到5%～15%，熱能回收節能量可達到20%～40%，新材料管路優化設計與改造節能量可達到5%～15%，恒壓控制節能量可達到10%～30%，當然這些環節及技術改造實施后的節能潛力是由企業空壓機設計是否合理、使用工況、運行維護操作水平和空壓機新舊程度等各種因素所決定的，并非每個用氣大戶企業空壓機的節能潛力都有這么大，根據我們對天津空壓機運行狀況的市場調研，目前空壓機的節能改造潛力普遍巨大，在空壓機節能技術改造實踐中，我們也深刻地認識到使用單一的節能技術措施和產品往往不能達到理想的節能量，目前大部分企業在空壓機節能技術改造是由空壓機專業廠家或專業節能服務公司為其做系統能源評估之后，從空氣系統工作原理入手，結合多種節能措施和新產品對空氣系統做綜合節能新技術改造，這樣節能效果才能更加明顯，其中熱回收利用是空壓機節能減排最為顯著且直接的環節。

為貫徹落實《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》，工業節能“十二五”規劃的總目標是：到2015年，規模以上工業增加值能耗比2010年下降21%左右，“十二五”期間預計實現節能量6.7億t標準煤。到2015年，鋼鐵、有色金屬、石化、化工、建材、機械、輕工、紡織、電子信息等重點行業單位工業增加值能耗分別比2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、20%、18%。以上行業單位均使用空氣壓縮設備，從空氣壓縮機上尋求節能減排已經是大勢所趨，因此也催生出很多空壓機節能的新技術、新產品，空壓機節能市場正處于孕育和大發展的前夜階段。

2.空壓機節能潛力分析與展望

我國制造業、甚至整個國民經濟的發展面臨資源、能源和環境的嚴重制約，未來20年制造業的增長，如果單純依靠數量增長，這是資源、能源和環境所不能承受的。因此，我國必須依靠科技進步，采取綠色制造技術，在提高產品質量和附加值的同時，努力降低資源和能源消耗，這是未來制造業的發展方向，也是從制造大國走向制造強國的必由之路。

我國已裝機壓縮空氣系統使用中普遍浪費嚴重，其節能在我國正成為一個迫切的研究課題。我國工業壓縮機的耗電量2008年約為2140億kW·h，約占全國總耗電量的6%。而GDP與我國相當的日本，工業壓縮機耗電量僅為400億kW·h，我們的差距很大。

在當前我國用戶的壓縮空氣系統中，能源浪費主要表現為泄露偏大、壓縮機配置及運行僅以保壓為目的、供給壓力不合理、噴嘴低效、設備用氣存在浪費、現場工人用氣成本意識淡薄等問題。在泄露問題上，工廠中的泄露量通常占供氣量的10%～30%，而管理不善的工廠甚至可能高達50%。嚴重的是，現場管理人員遠遠地低估了泄漏造成的損失。加強泄漏損失意識、普及泄漏檢測及預防手段是當前工作重點。

我國壓縮空氣用戶在氣動技術使用中存在效率偏低、浪費嚴重、欲實施節能也無從下手和缺乏經驗等問題。在壓縮空氣系統節能的研究和實施上，日本走在世界的前列。自1997年防止地球溫室效應的“京都協議書”簽訂以來，日本全國開始了聲勢浩大的節能運動，這其中也包括對壓縮空氣系統實施的節能活動。根據2002年日本流體動力工業會的調查，各企業實施節能后氣動能耗削減了10%～30%。日本在氣動節能技術研究應用上遙遙領先于其他各國，已積累了一些成熟的技術和經驗。這些技術和經驗在中國的消化、普及、再創新將成為中國氣動節能工作的當務之急。

3.空壓機節能改造的節能評估技術手段

目前，對空壓機進行能源評估的技術手段難度之大，也是制約節能改造的瓶頸之一，只有世界一流的空壓機制造商及專業節能服務公司具有這樣的實力，比如，美國英格索蘭公司（以下簡稱“IR”）對空壓機的評估方法可分為三個方面，分別是Intellisurvey評估（Intellisurvey評估儀是IR特有的空壓機評估儀器，可以采集空壓機的電流和系統壓力數據）、供氣端評估、空氣系統全面評估，不同的評估方法可以根據客戶的需要來選擇。

Intellisurvey評估的內容主要是有IR提供專業的系統評估儀器，在客戶的空壓機上采集壓力和電流數據，評估周期為一個星期，采集數據多達幾百萬個，數據采集結束之后，由IR的專業工程師對數據進行分析進而出具評估報告交予用戶，評估報告中包括用戶目前空壓機的運行狀況分析、系統的節能空間以及可行的節能措施等內容，為客戶提供了很有價值的信息。

供氣端評估的主要內容除了包括Intellisurvey評估，還將空壓機的后處理設備的評估囊括其中，因為空壓機產生的壓縮空氣必須經過后處理設備的凈化之后才能輸送到用氣端，所以，后處理設備是否存在浪費和泄漏直接影響運行效率，如果經過評估發現后處理壓降較大或泄漏較大就必須采取相應的措施來減少或消除浪費。

空氣系統全面評估的主要內容是在供氣端評估的基礎上再加上用氣端評估，也就是全廠系統綜合評估，通過系統全面評估后，就可以為用戶提供全廠的空氣管路的泄漏情況，管路設計是否合理等相關信息，并為用戶提供可行的空氣系統整體解決方案。

4.空壓機節能改造新技術運用

目前，中國空壓機的節能改造技術遠落后于日本，但通過政府的大力推進以及企業的不斷創新，空壓機節能技術已經初見成效，空壓機的節能改造主要包括變頻調速、余熱回收、聯動控制、壓力控制和管路優化等幾個方面，大部分空壓機使用者在尋求空壓機節能量最大化的過程中必須通過多種節能方式的綜合運用才能實現。調速變頻一般情況下要和聯動控制、壓力控制相互配合才能實現節能的目的，空壓機余熱回收的應用在企業中間倍受歡迎，因為空壓機在運行時，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分，約15%左右。約85%的耗電轉化為熱量，通過風冷或者水冷的方式排放到空氣中去（來自于美國能源署發布的空壓機電能轉換效率統計信息）。

圖1 空壓機電能轉換效率圖

所以以余熱回收的節能效果最為明顯，回報周期相對較短，是一種立竿見影的節能方式，它的用途主要包括鍋爐補水、工人洗浴、冬季供暖、工藝用水等，可以說余熱回收的運用為企業節能立下了汗馬功勞，更重要的是大大降低了對大氣的熱排放，具有節能、延長用氣設備使用壽命、循環利用和環境保護的多重收效。

除了以上節能技術手段的運用，管路優化往往被大部分企業所忽略，目前企業中使用的壓縮空氣管路主要包括碳鋼管路、不銹鋼管路和超級管路（“超級管路”是IR提供的進口鋁合金管路），通過對比發現，使用碳鋼管路初期投資成本較低，但從長遠分析，碳鋼管路在用過一段時間之后會出現銹蝕和泄漏嚴重的現象，內壁銹蝕不僅會造成壓縮空氣的阻力的增大，壓降增加，最關鍵的是影響空氣品質，進而對生產工藝造成不可逆的影響，而不銹鋼的管路雖然初期投資成本高，但長期看，不會出現銹蝕的現象，保證了生產的穩定性。近幾年，一種新型管路涌向市場，其名稱為“超級管路”并受到很多用戶的青睞，這種超級管路由IR提供，是一種鋁合金擠壓成型管路，其優勢是重量輕便美觀、易于安裝工期短、不銹蝕無泄露，可以為用戶提供優質的壓縮空氣，主要針對啤酒、醫藥、食品、汽車、機械、電子等行業。

所以，往往單一的節能措施和產品并不能帶來最大的節能效果，通過幾種節能產品的綜合利用以及空氣管路的優化可以為企業帶來較大的節能成果，為企業實現節能減排帶來很好的效果。

5.空壓機節能改造創新模式

空壓機節能改造模式早期多采取空壓機用戶和空壓機生產廠家直接合作，由用戶直接向空壓機廠家采購節能產品和交鑰匙節能改造工程。最近3年，“合同能源管理”模式逐漸進入市場。所謂合同能源管理，就是由節能服務公司為客戶提供全面的能源服務：從能耗審計、設備投資、設備選取安裝到運行維護、人員培訓等全方位一條龍服務，該客戶以節能效益支付節能服務公司的投入及其合理利潤的節能服務項目。這種合作模式可以規避企業節能改造的資金不足和投資風險，合作模式最終實現四贏的結果，即用戶、節能服務公司、節能產品制造廠商和社會。

6.典型應用案例

上海氯堿化工有限公司空壓系統全面節能改造方案，總節能收益130萬人民幣，投資回收期僅為一年多。

氯堿化工總共有10臺空壓機，其中3臺噴油螺桿機機器，3臺非油潤滑活塞機，3臺非英格索蘭無油潤滑活塞機，另有1臺報廢。通過系統評估對系統進行優化，其中通過使用恒壓控制器、變頻器、聯控器以及余熱回收裝置對系統進行優化最終使用戶在集團內部節能項目評比中獲得第一名的好成績。