压缩空气系统的节能方向及控制

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目前，国内大多数使用压缩空气系统的企业对压缩机系统节能并不是很重视，认为压缩机性能稳定可靠就行，节能是次要的，但是，由于空气压缩机配置及运行并不匹配（仅仅以保证正常供气压力为目的)，供给的压力跳动大且偏高，泄露大，气枪喷嘴失效，末端设备不合理用气等问题普遍存在，这给予了空压机系统巨大的节能空间。
一、现场典型压缩空气系统:
# f+ ^9 E; [4 C" s0 s- D而常规压缩空气系统由空压机组，压缩空气缓冲罐，压缩空气前置过滤器、冷干机机组（吸干机)、后置过滤器（除尘、除水、除油)、控制系统等设备组成。
. _2 e9 ?7 i0 J; d, F( a& z空压机将空气压缩出来，首先进入缓冲储气罐，然后通过前置过滤器对压缩空气进行净化处理，再通过冷干机除去压缩空气中的水分，再经过吸附干燥过滤器进一步除去压缩空气中的水分，经过后置过滤器对压缩空气精密过滤，达到要求后的压缩空气送往用气终端。
" q4 u) {% N! o空压机的工作流程:空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或大颗粒物进行除尘，由进气控制阀进入压缩机主机，当空气被压缩到规定的压力值时，最小压力阀开启，排出压缩空气到冷却器(水冷或风冷）进行冷却，然后送入到后续缓冲罐设备。
  D4 [' G% R; q$ U6 L" y# {/ h压缩空气缓冲罐主要有以下功能:
1 Q1 g6 e1 R+ m4 L) }4 |(1)起缓冲作用，首先，缓冲罐可以使输出气体流量安稳，延伸后续净化设备的使用寿命。其次，利用储气罐来平衡系统压力的平稳和减少空压机的频繁加载和卸载。
(2)起降温除水作用。压缩空气在储气罐内温度快速降落，使大量的水蒸汽液化，从而除去大量的水分和油分，减轻后续净化设备的工作负荷。
前置过滤器:作用为滤除大的杂质颗粒，滤除部分油分、杂质，避免对冷干机的损害。
! {! I: m: I# ?5 N% W冷干机:作用为冷却压缩空气，凝结压缩空气的中水分，通过自动排水阀排出水分，得到较为干燥的空气。
: p3 ^* ~9 @3 |( P6 A, S* @吸附干燥机:由于冷冻干燥机不能完全去除空气中水蒸气，故对空气要求特别严格的场合，需要进一步经过吸附干燥机，将空气中水分含量控制在要求范围内，吸附式干燥机是在高温和高压下用吸附剂来吸附压缩空气中水分达到干燥的目的。
后置过滤器:其过滤精度比前置过滤器要高，一般由3个过滤器组成:除油过滤器、除水过滤器、除尘过滤器。主要是滤除空气中的杂质、油分、水分、固体颗粒。
" X8 L8 [, B8 d5 ]; ]二、压缩空气系统节能方向及措施
从压缩空气的生产流程及设备配置特点，结合后续供气的要求，压缩空气生产的节能方向及措施有:合适的压缩技术的选择，压缩机组群的合理配置和优化运行，压缩空气净化处理设备选择，配套的热回收装置等。
  I7 ]/ Q* t  b6 k4 q$ a& r(1)空气压缩技术选择
在整个系统运行中，电能的消耗主要集中在空气压缩机。空气压缩机本身的能源转换效率也是重要考虑因素之一。目前，制造业中运用广泛的为活塞式空气压缩机、螺杆式空气压缩机、离心式空气压缩机。
: I6 y/ Y9 Q5 `& w/ s: s% Y活塞式空气压缩机的工作原理特点和结构型式决定其缺陷:活塞式周期性的往复运动会产生较大的振动和噪音，并因为有传动部件、易损件较多，维护量大的问题，已逐步被螺杆式空气压缩机和离心式压缩机所取代。
离心式空气压缩机主要适用于大流量、用气平稳的工作状态，在流量工作状态下，离心式空气压缩机的能源转换效率相比其它空气压缩机优势明显。但不适用用气量小，压力波动较大的工作环境，并且离心式空气压缩机噪音大，可调节性差，同时排气量的变化容易引起压缩机的“喘振”，也影响产气效果。
螺杆式空气压缩机使用方便，产气平稳，维护简单，在中小排气量场所被广泛使用。尤其是变频控制更加便利。采用变频技术后，空气压缩机可以以最小的卸载负荷，进行运转，通过降低电机转速来降低空气压缩机的产气量，达到用气管网所需要的最低压力，变频螺杆式空气压缩机的能源利用效能无论在全负荷，部分负荷工况下都有待提高水平。
(2)空气压缩机群的合理配置和优化运行
现有企业对供气量的需求存在波动情况，可以根据波动气量测试计算，采用工频机配置变频机组组合构成最佳空气压缩机群组，其中离心式工频压缩机或固定转速螺杆式空气压缩机保持满负荷运行，效率最高。与其组合的变频螺杆式空气压缩机组变频运行，作为部分负荷的调节，同样运行效率最高。
4 e0 m7 i; E' U; Z1 r7 J对于空气压缩机组群的控制需要采用集中控制器，集中控制器根据后续系统气量、压力的需求不同，自主调控压缩机组群的运行状态，达到节约运行成本效果。
(3)压缩空气净化后处理设备
压缩空气的干燥设备主要为冷冻式干燥机、吸附式干燥机，在选择干燥设备时，除了满足压缩空气的品质要求外，还应减少干燥处理设备的压力损失，减少压缩空气的能量消耗。同时，对于吸附式干燥机，应选择再生耗气量少的设备，避免压缩空气的浪费，造成能量损失。
在某些场合，对压缩空气含油量有严格要求，为了满足压缩空气的品质，需通过合理配置可以实现高效节能的，其中可以选择高效的除油过滤器，配套合适的节能空压机，是可以降低能耗成本。
(4）配套的热量回收装置
: U# _2 G% ~. Z; b) y$ s9 X空气在被压缩的过程中，压缩机所消耗的电能有80%-50%被转换成热能，目前10%-20%的电能转换为有效能。热量回收装置就是通过能量交换器等手段将空气压缩过程中产生的热量回收利用。这些能量被二次利用，作为可再回收利用能源供给，提高空气压缩机运行效率。
3 U! f( T) ~) a3 L6 j; Q% q$ t三、压缩空气输送和节能措施
+ n7 J' p5 z1 Z压缩空气输送的节能措施主要是以下方面:输送管路系统的合理设计，输送管路的堵漏，局部增压技术。
8 @0 S0 g5 U  F! b(1）输送管路系统的合理设计
/ g3 }  k+ F5 [$ a- N' r3 `压缩空气输送管路系统的合理设计可以大大降低输送管线的阻力损失。空气压缩机为了达到后续工艺用气的需求，往往将空气压缩机出口压力提高0.1-0.2MPa，而空气压缩机排气压力每增加0.1MPa，其能耗将增加3%-10%。因此，降低压缩空气输送管线的阻力损失很关键。
4 J% _& Q# G3 a) K: G$ R- L输送管路系统的主要节能措施:一是根据输送管线内经验值选择合理，经济的管道口径，避免大口径浪费，从理论上讲小口径造成管道阻力大，能量损失大，二是空气压缩机与用气区域管道阻力大，降低管网压降;三是减少管线弯头数量，采用低压降的阀门，用气管路是用环形设计等都可以降低管网压降，减少能量损失。
(2）输送管线的堵漏
工厂中压缩空气在用气设备的漏电、阀门、接头、法兰，螺纹连接等处的泄漏量通常占供气量的10%-30%，泄露量直接造成能量损失，故输送管线的堵漏的主要措施:一是尽可能减少相关焊接数量、阀门数量、法兰、螺纹连接数量，减少易泄露点的数量;二是采用专业监测设备，技术对压缩气体输送管线、设备进行泄露点监测，预防压缩空气输送系统的跑、冒、漏。
) g: F1 d8 D+ m9 D( Y$ h$ c7 A# m(3）局部增压技术
在整个用气系统中，经常存在少数设备需要高压供气，常见的做法是提高空气压缩机供气压力，这样会造成空气压缩机组的负荷增加，能耗增大，同时，提高整个管网压力，会使管路的泄露量增加。为了解决局部需要高压力压缩空气的需要，可以采用局部增压的方式，目前有两种方式:A、电动增压技术，利用电力通过机械设备为压缩空气增压。此类电动增压机通过压缩机改进而成，其输出流量大，压力高，能量转换效率可达80%，但此类设备缺少控制，易对工厂的电网和气网造成冲击，以及对设备本身损坏比较大;B、气动增压技术。通过改变压缩空气，利用活塞对空气进行压缩，达到增压的目的，此类增压器以压缩空气为动力，不需要电源，结果简单，体积小，易于使用，在一些需要少量，局部高压空气的场合得到广泛的推广，但此类设备能量转换效率仅仅为20%，也可采用一种高效、大流量压缩空气增压技术，以满足工业上大流量局部增压要求。
. h* m# a) u' o总之，节约能耗的目的是提高压缩空气系统的有效利用率，一系列的选型，压缩空气系统的输送，局部增压都是为了给末端用户提供高品质的压缩空气，满足精密加工制造用气问题。