【壓縮機網(wǎng)】摘要：壓縮空氣是僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，空壓機目前己經(jīng)成為重要的工業(yè)設備, 在各大工業(yè)企業(yè)中成為主要的動(dòng)力源, 擔負著(zhù)工廠(chǎng)設備健康運行的重擔。本文對現有空壓系統進(jìn)行分析診斷后，通過(guò)查閱資料、現場(chǎng)調研等，建立高效空壓機房理論模型，為提高空壓系統效率提供理論依據和實(shí)踐案例。

　　文/張偉科  伍世江  梁劍鋒  區海宇  范一格

 

　　<接上期——>

 

　　6 空壓機機型的合理配置

　　空壓機作為空壓系統的核心設備，其機型配置的合理性決定了系統能效水平的上限。在空壓機選型時(shí)，要注意選擇比功率值低的節能型空壓機，空壓機能效水平以比功率值為判定依據，比功率值越低則能效水平更高。根據統計，設備生命周期的全部費用中，能源費用是占了極大部分的。以某國際品牌的1000kW離心機為例：初始采購費190萬(wàn)元、年度運行費560萬(wàn)元、年度維護費13.3萬(wàn)元。按運行時(shí)間8000h/年、電費0.7元/kwh計算：十年總額為5923萬(wàn)元，其中，采購費：運行費：維護費=3.21：94.55：2.25。所以，選用高效的壓縮機尤為關(guān)鍵

 

　　離心空壓機和螺桿空壓機是目前使用最廣泛的機型。我廠(chǎng)當前使用的螺桿空壓機主要有40立方和80立方兩種，離心機是110立方的。根據各空壓機廠(chǎng)家的信息顯示，機組的實(shí)際比功率大小跟具體品牌和配置等參數有關(guān)，但大致可以了解到目前這兩種機型（離心機和螺桿機）比功率隨排氣量的變化趨勢：排氣量小于60立方，螺桿機占優(yōu)，60～80立方這個(gè)區間兩者相對接近，在排氣量大于80立方，離心機占優(yōu)。在新增設備和日常運行設備時(shí)應考慮設備的運行最優(yōu)狀態(tài)來(lái)組合。如圖5。

　　離心機的比功率（kW/（m3/min））一般為5.0～5.3，多數為5.1左右，且由于是無(wú)油系統，過(guò)濾級數可比噴油螺桿機大大減少，因此壓差也可相應減少約0.5bar。而根據GB19153《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，以250kW的噴油螺桿機（額定壓力0.7MPa）為例，一、二、三級能效的比功率分別為5.3、5.8、6.4。

　　兩級壓縮螺桿空壓機是近年市面上比較熱門(mén)的高效節能產(chǎn)品，一般來(lái)說(shuō)，兩級壓縮空壓機可達到二級甚至一級能效，而單級壓縮空壓機只能達到三級或二級能效。依照每臺每年運行8000小時(shí)計算，兩級螺桿空壓機每年可節省電費約20萬(wàn)元。

　　離心機的設計年限一般可達20年，定期保養一般僅限于過(guò)濾器、冷卻器（視水質(zhì)而定）等工作, 年平均保養成本約占新機價(jià)格的2%，按100m3/min的產(chǎn)氣量，每年保養費用比螺桿機少2～3萬(wàn)。從使用成本上來(lái)看，生產(chǎn)等量壓縮空氣的情況下，離心機每年大約可比螺桿機節約電力10萬(wàn)kWh左右。

　　當前汽車(chē)行業(yè)大流量空壓機普遍選用離心機，小流量則選用螺桿機，而且后期增加的大部分都是大流量的離心機，選用品牌以國際知名品牌為主。離心空壓機具有出氣量大、工作持續穩定的特點(diǎn)。但在低負荷運行過(guò)程中存在喘振現象（生產(chǎn)用氣負荷低于70%時(shí)）對生產(chǎn)工藝的用氣量有一定的要求。所以實(shí)際使用時(shí)宜采用離心機和螺桿機組合運行，保證大部分時(shí)間工廠(chǎng)的供氣量，避免系統因為氣量調節不到而產(chǎn)生加卸載。能耗低的作備機，當需要保養時(shí)可啟用備機。

　　一級能效空壓機比二級和三級的同類(lèi)產(chǎn)品分別節能15%和30%左右。因此在條件允許的情況下應該優(yōu)先考慮選用能效高的空壓機，并淘汰能效低的空壓機。

　　除了選擇高效的設備外，還要注重空壓機額定產(chǎn)氣量的合理搭配。在工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，生產(chǎn)情況的變化必定對壓縮空氣的需求量產(chǎn)生波動(dòng)。以我廠(chǎng)壓縮空氣需求范圍為300～500m3/min時(shí)為例，如全部開(kāi)啟螺桿機，則開(kāi)啟的臺數較多導致用電量增加，如全部開(kāi)啟離心機，機器在負荷變化明顯時(shí)容易喘振。此時(shí)宜采用離心機和螺桿機組合運行，這種配置下，可保證離心機長(cháng)時(shí)間穩定滿(mǎn)負荷運行，效率較高，同時(shí)利用螺桿機的調節作用，可滿(mǎn)足多種工況條件。比較合理的空壓機選擇可以是配置3臺110的離心機、2臺80和1臺40的螺桿機，且其中1臺40的螺桿機選用變頻空壓機，這樣可以最大程度地適應實(shí)際的需求。當然，理想的壓縮空氣站配置應實(shí)現多段式供氣范圍，可以更好地匹配企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不同工況的壓縮空氣需求。

　　影響氣量選擇的因素比較多，故一般是按所有用氣設備的氣量總和再加上15%或以上的裕量。但根據車(chē)間設備的使用情況，間斷還是連續用氣，高峰和低谷氣量也會(huì )有很大的變化，需要配合智控系統及時(shí)對空壓機進(jìn)行調度，使效率最佳。

 

　　7 供氣管路合理布置

　　多臺空壓機應布置在一個(gè)壓縮空氣站內時(shí), 供氣管路需形成一個(gè)環(huán)形管網(wǎng), 避免出現就近設置多個(gè)小型空壓機系統的情況。壓縮空氣的環(huán)形管網(wǎng)能實(shí)現各空壓機供氣量的融合和調度。在壓縮空氣需求量降低的工況下, 可減少空壓機的開(kāi)啟臺數, 有效的提高了空壓機系統的運行效率。壓縮空氣后處理設備間的管道連接及集氣管的安裝, 除設備和閥門(mén)要采用螺紋或法蘭連接外, 其余均需采用焊接方式連接。焊接方式連接比較可靠、密封性好, 可以有效地避免后期使用過(guò)程中管道的泄漏。通往各車(chē)間供氣管道的管徑要大于車(chē)間的管道管徑, 雖然管徑加大會(huì )增加投資, 但可以減少輸氣壓力的損失, 使各用氣設備能夠得到較為均勻的氣源壓力, 同時(shí)又使系統有較大的容積, 有利于更經(jīng)濟地控制空壓機的運行。因此, 從經(jīng)濟效益考慮, 加大集氣管管徑比加大儲氣罐容量更為經(jīng)濟。

　　8 關(guān)于高效空壓機房的幾點(diǎn)思考

　　團隊經(jīng)過(guò)近幾年的項目改造及對其它優(yōu)秀項目的考察后，得出幾點(diǎn)經(jīng)驗和思考，在此進(jìn)行歸納，僅供參考，如表2。

　　以上為團隊在推進(jìn)高效空壓機房建設中的經(jīng)驗心得，目前只完成了部分措施，應更好地匹配末端的氣量使用需求，減少不必要的浪費才能使整體系統效率最大化，同時(shí)在推進(jìn)建設的過(guò)程中進(jìn)一步完善高效空壓機房模型，如圖6。

　　結語(yǔ)

　　高效空壓站房的建設要準確把握需求，除了提升機組比功率值以外, 還應結合能管平臺、干燥機、過(guò)濾器、排水器、儲氣罐、供氣管網(wǎng)、能量回收等系統組成部分對整個(gè)空壓站房系統進(jìn)行綜合改造?？諌簷C機組能效等級、空壓站機型配置合理性、干燥機壓縮空氣消耗量、供氣管網(wǎng)布置、壓縮空氣泄漏情況、管理系統優(yōu)化、能量回收等都將對空壓機系統實(shí)際運行能效水平產(chǎn)生重大影響。沿著(zhù)建設高效空壓站房的思路能夠幫助發(fā)現空壓機系統的不足和節能潛力，逐步實(shí)現機房運行的遠程化、自動(dòng)化、數字化、平臺化、智能化，運行人員及能效的高效化。

　　在后續的工作中，我們會(huì )繼續引入合適的新技術(shù)、新工藝，用先進(jìn)的管理手段推進(jìn)建設高效空壓機房。

　　<本文連載完！>

　　參考文獻

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　　[2] 張學(xué)學(xué). 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015. 

　　[3] 蔡茂林, 石巖, 許未晴等. 壓縮空氣系統節能技術(shù)實(shí)用手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2019.

 

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