空壓機的應用與壓空系統節能分析

劉姝瑋

摘要：本文對空壓機選型及其工程應用耗能現狀進行了介紹，并探討了空壓機本體調節方法、壓空系統節能技術和節能評估的內容，以期為今后空壓機的工程應用提供更加優化和節能的設計思路。

關鍵詞：空壓機;節能技術;節能評估

空氣壓縮機通過電動機輸入電能轉化為機械能把吸入空氣壓縮后輸出，產出氣體經后處理以后為各行業工廠氣動閥門或其它氣動元件提供氣源，或作為吹掃或輸送介質使用。空壓機整個設備生命周期使用費包括前期購置成本和安裝調試費，使用過程中電能消耗成本，定期維護檢修費等，其中電能消耗費約占全部使用費的80%，降低空壓機使用的電能消耗有很大的節能空間和節能價值。

一、空壓機選型

工程領域應用的空壓機常用類型有活塞式空壓機、離心式空壓機和螺桿式空壓機，可根據用戶用氣量，用氣壓力和用氣特點選擇適宜不同應用范圍的空壓機。活塞式空壓機供氣壓力最高可達350MPa，但噪音大;離心式空壓機占地小、使用壽命長，但排氣壓力低、成本高、不宜頻繁啟停;螺桿式空壓機氣量調節范圍廣，排氣壓力不能超過3MPa，在該壓力范圍內除對用氣品質有超嚴格的要求外，一般工業廠房多選用螺桿式空氣壓縮機。根據用戶用氣品質要求，壓空系統還需選配相應等級的除油器、干燥機、過濾器和為保持供氣平穩的緩沖罐和儲氣罐。

二、空壓機應用現狀

通常使用空氣壓縮機的企業，其設備耗電量占企業整體耗電量的比重很大，

大多數企業一般都會依據最大負荷參數來明確設備規格，并且通常都會考慮很大的安全富裕系數^[1]。而在空壓機平時運行過程中，設備通常都未在最佳效率且滿負荷情況下運行，若空壓機負荷值在0.6～0.7間或隨著用戶用氣流程空壓系統需減載或停機過程中均為非額定工況運行，與之配套的是傳統固定轉速壓縮機，在如此低負荷狀態下運行，所產生的能效會明顯降低。

空氣經壓縮機壓縮后壓力和溫度都會升高，但用戶一般不允許壓縮空氣供氣溫度太高，在空壓機壓縮完成后都要經過后冷卻器將產品空氣定壓冷卻至適宜的溫度。排氣量小的空壓機多通過空氣流通帶走空氣壓縮升溫產生的熱量，而排氣量大的空壓機多采用水冷，冷卻水在室外冷卻塔循環散熱對空氣壓縮后升溫的氣體降溫，造成能源的浪費，因此探究空壓機工程應用的節能方案勢在必行。

三、空壓機本體調節

本文以螺桿式空壓機為例，簡述空壓機設備本體排氣量的有效調節方式。螺桿空壓機是一種容積式的壓縮機，其主要是利用陰陽轉子和殼體所產生的容積變化來對氣體進行壓縮^[2]。基于螺桿式空壓機的工作原理有以下幾種排氣量的調節方式：變轉速調節、停轉調節、進氣節流調節、停止吸入調節、進、排氣管道連通調節、空轉調節、滑閥調節。考慮各調節方式的優缺點和調節經濟性，本文簡述螺桿式空壓機常用的滑閥調節和停轉調節的工作原理和特點，活塞式和離心式空壓機也有與其結構特點相適應的調節方式，工程設計時應結合用戶的用氣特點提出合理的設備請購技術要求。

（一） 滑閥調節

滑閥調節是利用滑動調節閥來減少有效的螺桿軸向長度，進而起到調節排氣量的作用，螺桿齒間容積隨著滑動調節閥在氣缸軸線方向的平行來回移動發生變化，調節吸入和回流氣體的氣量。滑閥調節范圍廣，在10%～100%范圍內可實現自動無級調節，尤其在50%～100%氣量調節范圍內，壓縮機排氣量的減少將成比例地降低原動機的消耗功率，滑閥調節有很好的經濟性。

（二） 停轉調節

在系統壓力已調至客戶所設上限的情況下，壓縮機便會自動停機，伴隨客戶的用氣量，系統壓力會逐漸降低，在到達最低下限的時候，空壓機會自動重新啟機，這種方式比較適合工況變化較大的用戶使用，但是如果經常反復啟動一定會對空壓機使用壽命產生影響，同時也會對電網產生沖擊^[3]。

四、壓空系統的節能方式

（一） 調速變頻節能技術

結合客戶不斷變化的用氣需求量，利用壓力傳感調速裝置來調控空壓機轉速，由此完成氣量調節，不同轉速下空壓機中氣體的熱力過程基本相似。將自動控制系統與空壓機連鎖，及時響應，排氣量減小時空壓機功率也隨之降低。這種方式的工作效率非常高，調節范圍也較大，同時還可以保證供氣壓力的安全性。由此可以有效解決以往空壓機啟動控制的非經濟性運行，防止對電網產生沖擊，對電機和空壓機部件起到保護作用。

（二） 余熱回收節能技術

由于空壓機在其運行時用于增強空氣壓力勢能所消耗的電能僅占總耗電量的較少部分，大部分耗電轉變成熱能，利用風冷和水冷的形式排放至空氣當中^[4]。當空壓站規模較大時，其散熱排放損失也非常可觀，利用余熱回收技術節能所產生的效果會非常突出，而回報周期又非常短，回收的熱量主要用于鍋爐補水、冬季供暖、工人洗浴和工藝用水等，該技術具備經濟性、可循環性、環保性等優點。

（三） 管路優化節能技術

現時期在工程應用中選用的壓空管路包含碳鋼管路和不銹鋼管路，應用碳鋼管路的初期成本投資較低，但使用一段時間后會產生銹蝕或是泄露的情況，管路內銹蝕不但會增大壓縮空氣阻力，增加壓降，同時還會對空氣質量產生影響，而不銹鋼管道盡管初期會投入較高成本，但從長遠來分析，不會產生銹蝕的情況，如此能夠保證生產安全性。

（四） 空壓機系統節能評估

壓空系統將設備本體調節與用戶末端用氣情況自控連鎖，提高控制邏輯和設備響應的精準度，可對壓空系統建立不同程度的節能評估，促進壓空系統設計和運行方式的不斷優化。

1、 Intellisurvey評估法

Intellisurvey評估是在客戶空壓機中收集壓力、電流數據，在數據采集完成后對數據進行分析，由此為客戶出示評估報告，報告包含用戶現時期空壓機運行情況、系統節能空間情況、可行節能措施等^[5]。

2、供氣端評估法

供氣端評估的內容除包含Intellisurvey評估還包含了空壓機后處理設備，由于空壓機所形成的壓縮空氣必定要經過處理設備進行凈化處理以后，才可以輸送至用氣端，在此情況下，后處理設備是不是存在浪費和泄漏問題，會對運行形成直接影響，如經過評估后發現后處理壓降會增大或是泄漏問題，須及時采取科學合理的方法來處理。

3、 空氣系統的全面評估

這種評估方式主要是在供氣端評估的前提下，還須結合用氣端評估來實施，經過系統的全面評估后為壓空用戶呈現全企業空氣管路泄漏及管路的設計是否合理規范等信息，同時，還可為用戶提供有效解決空氣系統問題的對策和方案。

五、結語：

隨著時代的快速發展，人們對能源的需求不斷增高，我國能源出現短缺現象，而空壓機工程項目存在一定的節能空間，工程設計或改造時采用空壓機的多種節能利用技術與我國現階段節能降耗的總體發展戰略相符，在為企業獲得經濟效益的同時還取得了社會效益。

參考文獻：

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[3]成強，周靜.雙級壓縮技術在節能改造中的應用[J].上海節能，2018（04）：252-254.

[4]宋君君.PLC和變頻器在空壓機節能改造中的應用[J].電子技術與軟件工程，2015（08）：169.

[5]白德龍，陳韻竹，陳江華.試析空壓機節能方法[J].無線互聯科技，2016（18）：98-99.