• 綜述
    SUMMARY

    空壓機全生命周期節能概述

      空壓機是企業中常見的動力設備,全稱是空氣壓縮機,是一種將機械能轉化成氣體壓力能的裝置,是壓縮空氣的氣壓發生裝置。

      空壓機可應用于提供空氣動力、控制自動化裝置、地下通道換氣等不同場合,廣泛出現在采礦、紡織、冶金、機械制造、土木工程、石油化工等各行各業里,是許多企業生產經營不可或缺的關鍵設備。

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      空壓機的功能非常強大,稱得上是企業生產的“勞?!?,但它的能耗也不可小覷。據研究,空壓機系統的耗電量可以占到用氣企業總耗電量的15%~35%,在空壓機的全生命周期成本中,能耗成本就要占到約四分之三。

      在當前我國企業的壓縮空氣系統中,能源浪費主要表現為泄漏偏大、壓縮機配置及運行僅以保壓為目的、供給壓力不合理、氣槍噴嘴低效、設備用氣存在浪費、現場工人用氣成本意識淡薄等問題。因此,空壓機的能效提升對于企業節能降碳而言顯得尤為重要。

      節能潛力

      空壓機節能不是一個新鮮話題,相關的研究也有數十年之久。隨著理論深入和技術迭代,近年來不斷涌現出更高效的空壓機節能解決方案,推動空壓機的運行效率不斷提升。

      需要注意的是,在考慮空壓機的能效提升時,我們必須清晰地認識到空壓機只是系統的一部分。在企業實際生產應用過程中,空壓機往往不會獨立運行,而是與干燥機、儲氣罐、凈化過濾裝置等組成空壓站,壓縮機作為氣源供氣,再經由輸氣管網輸送至末端用氣設備。

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      因此,空壓機系統的總能耗除了受空壓機類型、型號、尺寸等自身要素的影響外,還取決于控制機制、系統設計、使用維護等諸多因素。那么,空壓機系統都有哪些節能潛力可以挖掘呢?

      1.空壓機

      設備老舊:經過多輪技術升級,部分企業早年配置的空壓機已經大幅落伍,能效水平較差,加之使用年限較長導致的設備損耗,運行效率十分不理想。

      能力過剩:部分企業在配置空壓機時缺乏規劃,空壓機與末端設備的匹配不合理,在滿足生產的基本需求的同時,存在能力過剩和能耗浪費的情況。

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      熱量浪費:空壓機運行時,真正用于增加空氣勢能所消耗的電能,在總耗電量中只占很小的一部分,大約85%的電能都轉化為熱量,通過風冷或者水冷的方式排放到空氣中。

      2.空壓站

      調配運行無序:許多企業的空壓機只能按倍數開停,在用氣負載頻繁變化時反應遲緩,又無法進行排量微調,從而導空壓機空載,浪費的能耗高達滿載運行時的40%~70%。

      調配手段單一:目前許多企業依賴于人工調配空壓機,調配手段往往基于過往經驗,部分企業雖然有控制系統,也沒有發揮實際效用、實時滿足供需平衡。

      3.輸配管網

      氣壓分級缺位:許多企業沒有對供氣壓力進行合理的分級規劃,而是簡單采用高壓供氣外加機械自力式減壓閥來滿足不同壓力需求,就會有大量能源浪費在閥門上。

      氣壓范圍過大:受限于氣壓分級的不足,為了避免機組的頻繁啟停,企業需要設定很寬的壓力變化范圍應對需求側用氣量變化,從而造成出口壓力波動,大幅增加運行能耗。

      空氣輸送泄漏:缺乏管網管理意識的企業常常面臨著管網泄漏問題,基本上都會達到供氣總量的10%~30%,嚴重的甚至可能高達50%,有時一個車間的泄漏點就能有幾萬個。

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      4.末端設備

      效率低下:部分企業的末端用氣設備存在用氣方式不合理、用氣效率低下等問題,用氣浪費的現象十分突出。

      節能措施

      針對上述空壓機系統的各項節能潛力,目前都有較為成熟的節能措施可以應對。

      (1)機組替換

      通過數據采集與能效分析,研判機組效率情況,將效率低的空壓機更換成高效空壓機,同時結合儲能、變頻等組合優化,實現空壓站的綜合能耗最低。

      (2)變頻控制

      針對定頻運行且生產需求不斷變化的空壓機,開展變頻改造;針對已經加裝變頻器但僅用于軟啟動的空壓機,加裝PLC進行頻率閉環控制。

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     ?。?)智能調控

      基于壓縮空氣系統的壓力、流量、溫度、壓縮機功率和電機頻率等數據,結合空壓機優化調度算法,實現對空壓機負荷的實時預測、空壓機調度方案查詢等。

      (4)余熱回收

      采用高效換熱器回收空壓機產生的余熱,在保證正常工作的前提下,可產出60~90℃的高溫熱水,用于生產和生活用熱,也可作為低溫熱源由熱泵進一步提升能源品位后使用。

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      (5)泄漏檢測

      通過在線與離線相結合的方式,對接頭、法蘭連接、彎頭、閥系統、過濾器等設備進行泄漏點檢測,及時發現漏點并堵漏,確保把空氣泄漏程度降到最低,減少能耗浪費。具體檢查方法如下:

     ?、賰A聽手觸法:在工廠中很常見,根據經驗判斷,通過傾聽觸摸的方式尋找漏氣處,簡便易行,沒有成本。缺陷在于,除非系統有較大漏點,否則無法定位,且對于復雜設備,空間狹小,會手觸困難,甚至易造成身體受害。

     ?、诜试硭疁y漏法:在系統各部分涂上肥皂水,冒泡出即為漏點,簡便易行,但肥皂水涂抹量難以確定,難以精確側漏,也易污染設備及其它系統,對于復雜設備,空間狹小,不便涂抹肥皂水的地方,很難檢測到漏點。

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     ?、鄢暡y漏法:視覺+聽覺泄漏定位,可快速識別泄漏點,檢測頻率范圍寬,可在多種環境中工作,搭載相應的濾波器,可消除高噪聲環境中的主要干擾,搭配相應的信號發射器,可查找無壓力產生的泄漏,屬于點檢,非面檢,漏點少時可方便應用。

     ?、苈晫W成像儀測漏法:聲音+數值+彩色條+漏點自動顯示圖像,可面檢,圖像技術通俗易懂,輕松上手,圖像和視頻通過格式存儲,快速回放及報告??梢赃h距離檢測,檢測距離10m-30m 0.01mm大小的漏點,可調頻率范圍從2KHz到52KHz,甚至能夠檢測到最小的泄漏,并可以根據環境自動調節靈敏度。

     ?。?)高效用氣

      通過對末端用氣設備和用氣需求的分析,優化機組配置和用氣方式,提升用氣效率,減少用氣浪費現象。舉例來說,如果用氣需求低于空壓機容量的一半,可以改用較小的空壓機或減小電機皮帶輪尺寸適當降低空壓機速度。

     ?。?)日常維護

      除了上述提到的專項工作以外,在日常應用和運行空壓機的過程中也需加強維護,定期開展清潔過濾器、清潔中間冷卻器、拆卸和檢查閥門、自由空氣輸送測試等工作。

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      不同行業使用空壓機的場景有所差異,還需針對實際情況具體判斷采用何種措施。比如空壓機應用于煤礦礦井工程現場時,通常部署在煤礦生產設施內或井下庇護所內,空壓機運行散熱會導致井下氣溫升高。壓縮同等量的冷空氣,能耗要遠低于熱空氣,因此用于礦井工程的空壓機可以增加一個外部進氣口,從井外吸入溫度更低的空氣。

      據統計,我國空壓機的總耗電量超過社會總發電量的10%,以2021年全社會用電量83128億千瓦時計算,空壓機的年用電量就超過8312億千瓦時。如充分采用上述節能措施,預計可以將空壓機的能源利用效率提升15%~25%,每年可節省1247億~2078億度電,相當于減少約1億噸碳排放。


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