空壓站設備節能潛力淺析

李萬鋒 陳丙臣

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

空壓站設備節能潛力淺析

李萬鋒 陳丙臣

（海馬轎車有限公司，河南 鄭州 450016）

探討了空壓站設備在壓縮空氣制造工藝環節存在的能源浪費現象，分析了空壓站設備的節能潛力，并提出了相應的節能方法及措施。

空壓機；后處理； 過濾器； 排凝

壓縮空氣以其安全、環保、調節性能好、傳輸方便、便于集中管理和應用等特點，在工業領域得以廣泛應用，隨著工業技術的發展和設備的更新換代，自動化程度越來越高，壓縮空氣在生產過程中的應用越來越廣泛，在很多工業企業中已經成為了繼電力能源后第二大動力能源。壓縮空氣作為能源雖具有上述特點，但其能耗的產出比約為1:7，屬于耗能大戶。

一、空壓機的節能潛力分析

空壓站設備主要由空壓機、干燥機、過濾裝置、排污裝置組成。而空壓機作為壓縮空氣的制造設備，其節能潛力也是最大的。在設備的運行過程中一定要根據具體的空壓機類型及具體的用氣環境考慮空壓機的節能潛力。下面對空壓站最常見的螺桿機和離心機這兩種機型節能潛力進行分析。

首先要考慮的是降低空壓機的排氣壓力。由于空壓站建設的目的是為了體現集中供氣的優勢，所以首先要根據企業內各用氣單元的最低實際需求壓力來設定排氣壓力點，盡可能地降低空壓機的排氣壓力。在空壓機的產氣范圍內，其產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的產氣量。壓力每降低0.01MPa，其產氣能耗可降低3%~5%。

螺桿式空壓機為容積型壓縮機，在節能上首選加裝變頻器，有可能的條件下，在空壓站初期建設時可優先考慮變頻式螺桿機。由于變頻式螺桿機的負荷調節范圍可達到30%~100%，所以不論前期的變頻壓縮機的選擇還是后期壓縮機的變頻改造，一定要考慮好所需調節氣量范圍，進行針對性的選擇和改造。

離心機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。雖然加卸載運行方式相對節能，但是由于加卸載控制方式運行時，在加卸載過程轉換時，離心機的軸承受力方向發生相反的變化，對空壓機的損害較大，且對供氣壓力會產生一定的波動，所以一般情況下，離心機運行方式都選擇恒壓控制模式。在恒壓控制模式下，離心機的節能調節空間約在產氣量的70%~100%。當超出此范圍時，空壓機將進行放空以實現恒壓控制，造成很大的浪費。當使用其環境較穩定時，可以通過對其中1臺或多臺空壓機實現上限電流控制，人為地降低產氣量。同時使其中1臺空壓機在70%~100%范圍內實現恒壓調節控制，從而實現節能運行的目的。通過此功能控制方式，可很好地擴大離心機的恒壓控制調節范圍，在多臺離心機并聯集中供氣環境節能潛力很大。

二、后處理設備的節能潛力分析

后處理設備作為空壓機后的設備，主要對壓縮空氣進行干燥處理，進而降低壓縮空氣的露點溫度。根據露點溫度的需求不同，目前企業內最常見的后處理設備有冷凍式干燥機、吸附式干燥機及組合式干燥機。冷凍式干燥機的露點溫度一般在2~10℃，吸附式干燥機的露點溫度可達到－40℃，而組合式干燥機的露點溫度可達到－70℃。而在實際的壓縮空氣供應過程中，實際供應壓縮空氣露點遠遠低于實際需求露點，而露點的獲得是通過能源的消耗獲得。所以后處理設備的節能潛力就是要考慮通過采取措施適當地提高露點溫度實現節能目的。

在對露點溫度無要求或者要求不高的環境，可直接選擇冷凍式干燥機，與吸附式干燥機相比，經后處理設備的壓差可降低0.03MPa。僅此一項，可降低能耗的9%~15%。

對于露點溫度要求較高的用氣環境，一般大部分都使用的是吸附式干燥機。吸附式干燥機按再生方式又分為無熱再生和加熱再生。對于無熱再生吸附干燥機，其再生用壓縮空氣可達到處理氣量的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，從而實現降低能源消耗的目的。同樣加熱再生吸附式干燥機可通過降低再生的溫度來降低電能的消耗。

由冷凍式干燥機與吸附式干燥機組合而成的組合式干燥機，除了上述的節能措施調整外，在冬季時，由于環境空氣溫度已經在0℃以下，所以可以選擇降低冷干機的負荷或停運冷干機的方式進行節能運行。

在使用離心機或無油螺桿機處，由于其末級排氣溫度可達到125~145℃，所以可以通過余熱利用的方式，改變壓吸附式干燥機為變溫吸附式干燥機。通過此項改造，最大可以節約15%的再生用氣。同時可降低離心機或螺桿機的末級排氣壓差0.01MPa，可節約空壓機能耗3%~5%。

三、過濾裝置的節能潛力分析

壓力降一般指從空壓機排氣到用戶單元的整個輸送過程中產生的壓力降低總和。壓力降每增加0.01MPa，其功耗就會增加3%～5%，所以怎樣降低壓縮空氣系統輸送過程中的壓力降是降低壓縮空氣系統功耗的一個重點工作。在壓縮空氣制造過程中，其壓力降主要體現在后處理設備及壓縮空氣系統各油氣分離器、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、露點溫度、含油量所必須具有的設備，所以過濾裝置濾器芯要根據不同時期壓縮空氣的質量定期更換。延長各類過濾器芯的做法并不是節約成本，相反會增加能耗成本。以一臺950kW的壓縮機為例，在濾芯的壓差為0.007MPa時將濾芯的壽命每增加1個月，其相應的能耗增加為950×0.005×7×550=18287kW·h，按照每度電0.7元計算，其每月增加能耗為12801元。

四、排凝裝置節能潛力分析

在壓縮空氣的制造過程中，由于空氣被壓縮后會達到飽和狀態，在一定的壓力及溫度條件下，會有很多的液態水出現，這樣在整個壓縮空氣系統過程中就需要及時排出這些液態水，否則會造成設備的嚴重故障。在排出冷凝水的過程中，會伴隨排出壓縮空氣，而排出去的這部分壓縮空氣就是排凝裝置的節能潛力所在。根據氣體動力的放空量計算公式：

式中：

S——面積，mm2；

P——絕壓，MPa；

T——溫度，K。

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

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

表1 常見排污方式對比表

根據表1可以看出，常見的冷凝水的排放設施以選擇浮球控制調節的排污裝置相對節能，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公司開發的氣動無損閥及德國BEKO開發的電容式自動疏水器都是為了在使用防堵塞、排凝量大、防腐蝕的環境設計，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。

五、結語

空壓站作為壓縮空氣生產和供應站房，是壓縮空氣系統中節能的重要的環節。在保證設備安全，穩定供氣的過程中，要通過技術的角度去分析各生產工藝環節中存在節能潛力，使壓縮空氣的制作成本能耗降到更低。

[1]徐灝.機械設計手冊[M].

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1671-0711（2015）10-0078-02

2015-06-25）