空气压缩机被浪费的主要情况有哪些?

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发表时间:2024-02-23 10:58

合适的空压机选型

选型是空压系统节能的第一步,要根据气量大小选择适合的压缩机类型,比如选择螺杆机还是离心机。还要根据用气特点选择定转速或者变转速压缩机。多台或单台的不同搭配也可以获得系统的能效提升。比如选择两台高效的压缩机在变负荷条件下能效可能优于一台大型号压缩机。

选择合适的干燥机和过滤器

不同的应用对于压缩空气的品质要求是不一样的,选择合适的压力露点很重要,不用过度选择。比如选择5°C露点就可以,无需选择-40°C。

储气罐尺寸大小和布置

储气罐的大小会影响压缩机的加卸载和工作周期,较大尺寸的储气罐对系统节能是有帮助的。储气罐是放置在冷干机前还是后都会影响系统的能耗,理想的选择是在干燥机前后都放置储气罐。

压缩空气管路布置

从压缩机出口到压缩空气的用气点是有一段距离的,压缩空气通过管路传输到用气点,在传输的过程中会造成一定的压降损失,合适的管路布置、集中供气还是分散供气,以及管道尺寸大小都会影响到压力损失的大小。

降低空气压力

一切高于用气点实际用气的压力都是浪费,压力每增加1bar能耗增加7%。通过采集用气点的压力而不是压缩机的排气压力来控制压缩机的运行可以避免压力过度造成的浪费。

智能控制器

智能控制器可以减少系统不必要的浪费。在多台压缩机的系统中,智能控制器可以降低管网的压力带,降低工作压力。

热能回收

压缩机在使用中会产生大量的热量,如果这部分能量能加以回收利用也可以获得不少的经济回报,分摊压缩空气的成本。

减少不必要的压缩空气使用

比如用压缩空气来吹扫办公设备的灰尘。这完全可以用其他方式替代,比如风扇或者吸尘器。

修复已经存在的泄露

在使用空压机的过程中,难免会出现压缩空气的泄漏,1mm孔径的泄漏的空气量相当于0.4kW的压缩机生产的压缩空气。及时修复漏点,减少了浪费,也维持了管网压力的稳定。

检查排水阀

排水阀排水时会泄漏一定量的压缩空气,当排水阀在开启排水的时候被卡住时,会造成巨大的浪费。理想的选择是使用零耗气的电子排水阀,并定期检查是否故障。

检查过滤器

过滤器在压缩空气系统中起到非常重要的作用,它过滤掉灰尘和杂质,保证了空气品质,保护了下游的安全。过脏的过滤器起不到净化空气的作用,还增加了阻力,从而造成额外的能源浪费。

计划性保养

定期的保养和对空压设备进行巡检。检查整个压缩机房,除设备外,还需要检查通风扇等其它设备。


根据大量用户现场调研数据分析,多数企业压缩空气系统存在设计不合理、选型不匹配、后处理设备损耗高、压力损失大、配套不完善、控制落后、运维管理粗放等情况,以上导致系统运行效率较低,使用能耗较高等情况,总结起来主要有以下三种典型形式:


一、泄露
二、不当使用
三、假性需求


泄露

一般工厂中压缩空气系统的泄漏量通常占供气量的20-40%,而管理不善的工厂甚至可能高达50%!
泄漏在现场广泛存在,有时一个车间的泄漏点就有成千上万个。发生泄漏主要在橡胶软管接头、三联件、快换接头、电磁阀、螺纹连接、气缸端盖等处。


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更为重要的一点是“泄漏不是与生俱来的“,大部分泄露是在使用过程中随着零部件的老化或破损而形成的。

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现场泄漏量的60-70%是寿命泄漏,来自使用了5年以上的设备;10-30%是在使用了1-4年的设备中发现的;而在设备安装阶段由于安装不当或产品允许泄漏等造成的泄漏仅占全部泄漏的5-10%。



不当使用

压缩空气系统“不当使用”,字面的含义是压缩空气在使用用途上不合理的一些情形。这主要包括以下几个方面:

1、使用压力“高消费”

在压缩空气的使用场景中,很多用途遵循气压“宁高勿低”的原则,实则过犹不及。在实际生产中,0.5~0.6MPa应是最普遍的压力段,适用于绝大部分一般气动/动力用途,然而,可能是出于一些“操作习惯”或“稳妥”的考虑,很多空压机的出力都大于实际需求的压力,这造成压缩机为此付出不必要的能耗支出(如压力0.7MPa提升到0.8MPa需增加7.5%的功耗)。

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2、杀鸡用牛刀

这对于一些有多套空压机组成的压缩空气系统中表现得尤为突出。工厂压缩空气系统通常是按照最大气量的使用需求来配置的,而且为了用气的安全稳定性,通常也设置为“N+X”(用+备)的空压机机型配置。

生产用气波动影响,产气量峰值和谷值差别较大。企业生产有忙有闲,并非都处于最大气量的需求状态。在只需要部分气量时,实际上是并不需要所有空压机群组都在线的(哪怕机组本身有自动启停、联控、变频等功能),这是因为对于任何用电设备来说,大的设备基础功耗(包括启停)必然要大得多,这就好比3.0和1.5排量的车拉同样重量的货,只要1.5排量的拉得动,最好是就用1.5排量的来拉,综合油耗较为低。

空压机的效率最高为其满负荷或接近满负荷运行时,因此,应尽量让某一台或某几台空压机工作在满负荷状态来满足部分气量的需求。

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3、随意和任性

调查发现,很多企业的压缩空气系统“漫不经心”,这种情况非常普遍,这主要是因为压缩空气“太过安全”,而且“价值”体现得不直观,造成用气缺乏统筹管理管路私拉乱接,“隐形”的浪费。

比如管路不合理:过细、弯头阀门过多、变径、快接软管等问题,表面看起来无关乎压缩空气的使用,实则由于压力损失过大,付出的是能耗增加的成本。部分企业因历史原因,随着生产规模的逐步增加,对应逐步增加空压设备,并网供气,最终现场管网复杂、系统运行能效低下,能源浪费严重。


假性需求


假性需求主要是体现在对“压力、流量、洁净度”三个方面。

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一些工艺在设计时首要确保的是正常运行,对节能要求不太敏感。通常都会根据用气设备制造商提供的耗气量进行放大,因此,完全按照此要求配置的压缩空气系统通常富余量很大,有些甚至达到近50%。
压缩空气的洁净度需要根据生产工艺的要求来配置,洁净度达不到要求,会造成产品报废、设备受损的情况,这种危害显而易见。而洁净度过高主要是指采取了过多的净化处理装置,这些净化装置一方面增加无谓的压损,另一方面有些净化设备需要消耗压缩空气,如出于对露点的需求(即压缩空气中含水量标准),当后处理系统使用无热或微热再生吸附式干燥机时,再生需消耗7%-15%的压缩空气,导致浪费。

由于压缩空气系统比较复杂,涉及到的环节较多,因此影响压缩空气系统能耗的因素非常多,其中比较重要的包括设备因素、安装因素、使用因素等等。

通过监测压缩空气的使用、识别压缩空气低效运行和泄漏浪费,以及投资新的高效空压系统设备,是企业通过减少电力消耗的方式来提升工厂效率的重要途径。

以目前国内的压缩空气系统能效水平来看,平均节能率达到20%-30%并不难。可采取的节能手段包括最初选择高效的空气压缩机类型、保持合理的使用压力、合理正确的设备安装、余热利用以及持续的高效运行和良好的维护。当然,最为重要的是采用简单经济的措施将系统泄漏率保持在最低水平。

压缩空气泄漏几乎是工厂里最常见的一种能源浪费形式。据行业统计,压缩空气的泄漏量平均占整个压缩空气量的20%-30%。这些泄漏产生的主要原因是管理不善,并随着年限的增加泄漏量会越来越大,如管道被腐蚀而破损泄漏、管件连接处松动、使用不当、用气设备和设施的泄漏。另外,根据美国能源部(DOE)相关调查结果和行业粗略统计显示,每个系统都有泄漏现象存在,近60%的工厂对于空气系统中的泄漏未采取任何措施。

由于压缩空气是由空压机做功而压缩出来,空压机又由电机驱动,所以压缩空气的泄漏就间接意味着电能的浪费。定量压缩空气泄漏是一件比较复杂的工作,在不同的压力下,不同尺寸的泄漏孔径有差异极大的空气泄漏量。因此,为空压系统安装相应的监控装置尤为重要。这不仅仅因为其能监测系统流量、压力,对于压缩系统和管道正确布局等也有指导作用,可以避免空压机超时工作并避免不必要地能源消耗。

空压系统监测装置可以使用传统的模拟式传感器,也可以采用无线传感器。除了需要确定适用的传感器样式之外,还应关注传感器可收集的数据类别,包括压力、湿度、温度和流量等,用以创建空压系统的完整状态。

近年来,工业设备数字化、智能化急剧发展,物联网深入空压机行业。相应的,一些专为压缩空气系统监控而设计的无线传感器也应运而生,它们不仅可以提供最为基础的测量功能,还可以向基于云的监控平台提供关键数据,并随时访问实时数据。大数据配合智能分析,可以为用户和设备提供最为专业的运行建议。

监测设备安装在空压系统的不同位置,会采集到不同的数据,做出不同的判断。但只有合适的位置才能得出最真实的运行数据,因此建议由专业人士来确定需要哪些传感器以及需要将它们放置在哪个位置。

如果不对现场进行测量,没有数据模型,就很难发现问题所在。运用大数据手段对空压系统进行信息化、绿色化改造,提升能源利用效率的前提是有准确的数据来源,而空压系统监测装置就是数据的提供者,同时为系统能效提升提供支撑。其主要作用包括:

1.监控和测量系统压力

一套低效的压缩空气系统每年造成数万甚至数十、上百万元能源浪费的现象,我们已司空见惯。这些低效率通常是由这些原因造成,包括:

·管道尺寸不合适

·管道内部锈蚀

·弯角尤其是直角拐弯太多

·压缩机选型不准

·缺乏压缩空气临时存储装置

空气泄漏通常是压缩空气系统中能量损失的主要来源。例如,14.5 psi的压降会消耗10%的额外能量来补充压力。此外,每产生2 psi的压缩空气相当于系统总能源成本增加1%。

以上问题中的任何一个都会导致空压机超时工作,从而缩短其预期寿命,这就显示出安装空压系统监控装置的必要性。比如,在关键位置放置传感器能够获取整个压缩空气系统的压力数据:压缩机站、使用点和分配管道可以识别系统中是否存在上述问题以及在何处存在这些问题。如果不通过监控装置收集这些地方的压力数据,就无法绘制压力曲线来识别压降区域。

2.通过湿度监测含水量

我们知道,空气经过空压机压缩时,动力能转换为势能,温度升高。当排出空气时,气压变小,温度降低,压缩空气中一部分水蒸气液化。压缩空气中含水造成的危害主要表现在:在气动设备上冷凝水会将润滑油带走,造成设备效率降低甚至损坏。冷凝水还会加速管路中阀门的磨损,造成气动控制设备失灵或误操作,导致产品损坏,从而导致返工和报废;使管路和设备发生锈蚀,若在管路的低点发生积水冻结,管路还有爆裂危险。在某些应用中,过多的水分还会滋生有害细菌,从而污染成品。

湿度传感器可以防止以上问题的出现。比如,当压缩空气系统中的湿度过高,表明干燥机、冷凝水去除系统可能存在问题,这时候就需要仔细排查汽水分离器、储气罐、干燥机吸附剂等部位。

3.重视流量传感器

压缩空气系统效率低下的一个常见原因是管路堵塞。传统压缩空气管道内壁比较毛躁,随着时间的流逝腐蚀的程度会越来越严重,内径变小,压力降变大,从而限制空气的流动。管道尺寸过小也会导致效率低下,在很多情况下,设计管道尺寸时只适合最初的用气需求,但随着用气端对空气需求的增长,管道就会因尺寸过小而无法达到用气需求。

管道泄漏之所以非常普遍,一种原因是管道壁常年腐蚀,加之空气带压,导致管道产生泄漏;另一种原因是由于错误的连接方式,或者管道振动、管道悬空等原因导致物理性损坏,从而造成管道泄漏。管道泄漏的重要性如上文所述,不可不重视。

将流量传感器安置在压缩空气系统中的合适位置,有利于准确识别潜在的泄漏、压缩空气的不当使用,以及整个系统和单独用气端的需求。监测系统泄漏的最佳方法是在下游无用气需求期间,测量为保系统压力而需要的压缩空气量。所需气量越大,说明系统中存在的泄漏越多,问题越严重。

4.助力实现合理的系统布局

收集压缩空气系统的压力、湿度和流量数据后,可以对新系统布局进行分析和重新设计。最终目的是减少压降、增加流量并提供更高的空气质量。一套设计合理、维护及时和能效较高的压缩空气系统,每年节省数万元并不难。它还能够通过提高压缩空气供应的可靠性和系统的安全性,来最大限度地降低生产损失的风险。

合理的压缩空气系统管路设计,应尽量避免出现以下几种情况:

·弯头太多

·气流突然变化

·管道过长

·未使用的压缩空气管道,没有隔离部分太长

·管道直径过大或过小

弯头的形状会导致空气突然改变方向,角度过小会让压缩空气失去流动动力。避免使用太多弯头的一种有效方法就是使用弯曲管道,某些类型的管道可以使用弯管器进行弯曲。适当的支撑是管道布局设计中的另一个关键因素。如果支撑不当,过长的管道会随着时间的推移因重力作用而下垂。当下垂到一定程度时,会影响管道中压缩空气的流量。减少管道的下垂还可以消除多余的水分在管道中积聚并导致的腐蚀和堵塞。某些管道中使用的高级铝合金管具有较强的耐腐蚀性。


【综上】提高压缩空气系统的能效、降低生产成本是每个企业决策者必须面对的课题。如何提高压缩空气系统的效率,除了产气侧提高能源转换效率外,在输气侧、用气侧、管理侧等方面来解决能源浪费问题也是我们必须予以重视的重要环节。


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