半導體行業空壓系統疏水閥節能淺析

0 引言

空壓站是企業的耗能大戶，一般占企業動能消耗量的10%～30%。壓縮空氣是昂貴的能源之一，約35%的壓縮空氣被浪費。壓縮空氣中水含量非常可觀，由表1 可知，以15 m

/min 的空壓機為例，環境溫度35 ℃，濕度80%，壓力露點5 ℃，35 ℃時飽和含水量為39.286 g/m

，5 ℃時飽和含水量6.790 g/m

，該空壓系統每小時將產生的冷凝液量為（39.286～6.790）g/m

×80%×15 m

/min×60 min=23,397 ml/h。因此，空壓系統合理的規劃與管理尤為必要，可以節省可觀的運行成本，主要從兩方面控制：空壓系統運行管理方面控制；控制空壓機系統中的跑、冒、滴、漏等現象。尤其對于半導體行業，壓縮空氣的質量要求比較高，露點一般控制在-70 ℃，即系統中設置過濾、冷卻等后處理系統。壓縮空氣系統中冷凝液的分布比例見圖1。冷凝液若不能及時排出，將會腐蝕設備及工具。冷干機超負荷工作，將影響產品的品質等，因此排水閥的要求也相當重要，排水閥主要功能用于及時排除容器中的冷凝水，同時減少壓縮空氣的浪費。

英國有工業再造計劃、美國有再造工業方案、德國有工業4.0，而中國亦有“中國制造2025”。這讓人們越來越清晰地看到人類進入了一個發展的新時代。文化消費成為主導，科技創新成為基礎，跨界融合的創造需求日益增強。在新時代，工業設計的格局與發展將迎來一場革命，而這一次中國改革開放的成果為這場革命的參與者和主力軍奠定了基礎。

我氣哼哼地說：“我出去玩玩怎么了？又不花你們的錢。我現在多慘啊，又失業又失戀，你們根本理解不了我的心情。”

排水閥發展至今，包含了較多的種類，比如，自由浮球、杠桿浮球、吊桶、雙金屬片、波紋管等。按照分類標準的不同，又有諸如氣動式、電磁式、機械式、電容感應類等。因此，在選擇疏水閥時，需要結合自身條件，基于多方面考慮，在眾多類型中，通過壓縮空氣泄漏檢測儀定量確認能耗的損失，選擇最適合空壓機系統運行的排水閥，降低空壓機系統的運行成本。

1 電磁排水閥

1.1 基本原理

縱觀國內外電磁閥，從工作方式上可分為三大類，即直動式、反沖式、先導式。某公司使用的電子排水閥為直動式，在通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上關閉

。

1.2 設備特點

1）由定時器精確控制循環周期，可手動設置排水時間的間隔以及單次排水時長。

2）排水次數記錄，0%~100%電子液位顯示，可準確判斷工作狀態。

自由浮球式疏水閥是利用阿基米德浮力原理，使浮球隨體腔內液面的升降而升降，從而打開或關閉閥座排水孔形成排水阻氣動作。

2.68 m

/min×62.6%×60 min×8 000 h=805 286 m

/年。

5）無報警顯示及自我修復功能。

2 機械浮球式排水閥

2.1 基本原理

3）電磁閥需接通電源，因此，工作環境不宜過度潮濕。

當開始工作時，開啟設在閥蓋上的手動放氣閥，大量的冷空氣或冷凝氣體在壓縮氣體和冷凝水推動下排出體外后，關閉放氣閥。此時疏水閥處于關閉狀態。隨著時間的延續流入閥內的冷凝水逐漸增多，即體腔內液面升高到浮力大于球體自身重量及閥口面積作用力時，球體浮起打開閥口，大量的冷凝水迅速排往閥后。

在排水過程中，液面逐漸下降，由于體腔內壓力分布不均勻，閥口處壓力最低，使漂浮在液面的浮球受到不平衡的力，推動浮球向閥口浮動，直到封閉閥口，此時閥體底部支點頂住浮球，使浮球不能繼續下降，排水停止。

2.2 設備特點

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2）雜質極易堵塞，需要經常清洗。

3）浮球被卡時會泄漏大量的壓縮空氣，且無法顯示故障情況。

3 電容感應無耗氣自動排水閥

3.1 基本原理

冷凝水通過進口進入容腔，容腔水位慢慢升高，如圖2 所示。冷凝水到達高液位，液位感應器發出信號，自動啟動閥門，開始排水，如圖3 所示。冷凝水排放至低水位，液位感應器發出信號，關閉閥門停止排水，如圖4 所示。閥門關閉時，液位仍略高于排水口，剩余部分冷凝液，形成液封，如圖5 所示。

3.2 設備特點

混凝土配合比對外加劑相容性的影響較大，如砂率、石子的形狀和級配、水灰比等參數，對混凝土的保水性、流動性、粘聚性、密實性等均有重要影響。另外，有些預拌混凝土廠家為了追求最大利益，用較少的膠凝材料配制較高強度等級的混凝土；用較小的水灰比配制較密實的混凝土，這些都易引起外加劑與水泥的不相容。

2）閥門內部結構細密，過濾腔體小，易堵塞。

海蘭道：“小主聰慧，怎會不知高晞月素日溫婉過人，如今分明是要越過小主去。這樣公然羞辱小主，本不該縱容她，只是……”

3）具有故障報警、智能修復功能和防氣阻功能。電磁閥故障時，智能排水器給出自動修復指令，短時定時強排，直至故障消除。同時，具備有效防止“氣阻”故障，氣阻時，智能排水給出修復指令，長時定時強排，直至故障消除。

3.3 應用范圍

電容感應無耗氣自動排水閥適用于半導體、石油、化工、輕工、冶金、電力等工業部門的壓縮氣體加熱設備及壓縮氣體管線上，自動排除冷凝水并阻止壓縮氣體泄漏，可防止加熱設備及壓縮氣體管線水錘現象的產生，確保其設備及管線在最佳工況下運行，保證更好的露點，如圖6 所示。

隨著社會經濟的不斷發展，作為應用型院校的畢業生，就業機會也在不斷增多。但與此同時，這些就業崗位對畢業生在職業素養方面的要求也會不斷提高，所以這也是高校面臨的一個新的教育問題，大學生職業素養的培養體系能夠為我校乃至吉林省同類院校學生職業素養培養工作提供有價值的操作方案，切實增強大學生職業素養水平。

3.4 可靠性分析

采用電磁感應原理，運作部件不與冷凝水接觸，冷凝水內的雜質、鐵銹等污染物不會堵塞、腐蝕關鍵部件，有效降低故障率，可靠性分析見圖7。

1）無須外接電源，低投資成本，能夠在潮濕的環境中工作，具備耐久性。

3.5 節能分析

壓縮空氣泄漏量計算依據見表2。

1）空壓機中冷和后冷的排污口為長排狀態，按孔徑為6 mm，對應7 bar狀態下，查表2可知，孔徑對應流量達到2.68 m

/min，即在此壓力及孔徑下的壓縮空氣泄漏量

按照空壓機全年加載率為62.6%，一年工作8 000 h泄漏量：

4）春夏季有水不能及時排出，秋冬季無水卻不斷排放，浪費壓縮空氣。

搓搓腳。在沐足過程中，可用雙手按摩、揉搓腳背及腳心，以左手勞宮穴摩擦右腳底涌泉穴，右手勞宮穴摩擦左腳底涌泉穴，直到產生溫熱感為止。

1）僅排水、不排氣，可以節能，投資回報比較快。

2）每個電磁排水閥，每年損耗電費：按每立方米壓縮空氣的電力價值0.12 元計算：

805 286 m

/年×0.12 元/m

=96 634.3 元，由此可見，單臺空壓機一年排污口長排耗氣量費用為：

96 634 元×2=193 268 元。

3）過濾器和干燥機采用電子排水閥，排放時間的間隔在每5 min 排放10 s，排放時壓縮空氣泄漏比較明顯，根據目前市場上使用合格的電磁排水閥，按孔徑為6 mm，對應壓力7 bar 狀態下，查表可知，孔徑對應流量達到2.68 m

/min，即在此壓力及孔徑下的壓縮空氣泄漏量，按照全年平均工況，開啟周期為每間隔2 min 排放10 s，按此計算一年工作8 000 h 泄漏量：

2.68 m

/min×5 min×每個電磁排水閥，每年損耗電費以每立方米壓縮空氣電力價值0.12 元計算：

107 200 m

/年×0.12元/m

=12 824元。

目前各高校基建賬是按照基建財務和會計制度要求單獨核算和管理的，新《規則》、新制度要求將基建賬納入“大賬”核算。涉及“在建工程”與基建賬中的“建安工程投資”、“設備投資”、“待攤投資”等科目的銜接問題。另外涉及各種往來款項，必須對基建賬的應收、應付款等債權債務進行徹底清理。

4 結論

綜上所述，空壓系統在冷凝水排放過程中，壓氣的損耗是相當大的，尤其是旁路常開時浪費更大。事實上，泄漏所導致的后果不僅造成能源的無謂消耗，隨之而來的是能源成本的增加、系統壓力的波動、空壓機壽命的折減、維護保養成本上升等一系列問題，因此經過綜合分析采用電容感應零損耗排水閥有助于企業降本增效。

［1］劉恒、李楊、李以策、劉子韜.《科技傳播》普適性高效智能汽車尾氣余熱加熱裝置設計及經濟性分析，2013，5(17)

［2］趙慧娟、祁超.《棉紡織技術》空壓機安裝零耗氣排水閥的節能實踐.2018，46(01).

［3］王力平.《西安交通大學碩士論文》壓縮空氣泄漏在織布車間的分析研究，2018-05-31