【壓縮機網】眾所周知,人口、能源和環境已成為全球性的三大難題，中國在發展過程中也同樣遇到這些問題。從總體上講，我國經濟屬于高消耗、低效益型經濟。中國改革開放以來的實踐證明，大力推進能源的節約和合理有效利用，是解決經濟發展過程中的高消耗、低效益、高污染的根本措施和現實選擇。基于以上認識，我國已把節能作為發展國民經濟的一項長期戰略方針。中國政府在80年代初明確提出了“開發與節約并重、近期把節能放在優先地位”的能源工作方針，有力地推動了我國的節能工作。經過幾十多年的努力，中國在開展節能工作方面取得了很大成績。
　　一、引言
　　首先我們來給大家介紹一下壓縮空氣使用現狀：當前，我國在氣動系統上每年耗電量高達2000億度以上。我國企業在氣動技術使用中存在效率偏低、浪費嚴重、節能意識淡薄等問題。超過90%的氣動系統都有20%以上節能的空間。
　　那么我們為什么要節能呢？1）運營成本降低——省錢！直接裝入口袋的凈利潤；2）國家法律法規的執行——守法！3）環境保護的責任——保衛地球！降低能耗，減少二氧化碳排放量。
　　二、壓縮空氣的成本計算
　　壓縮空氣的成本主要是電費成本，下面有個大體的估算公式：

　　以英格索蘭250kW，額定輸出40m3的空壓機為例：

　　一般工廠壓縮空氣的綜合成本在0.1元/m³(ANR)以上。空壓機輸出壓力與運行電費是有一定關系的，對于螺桿式、活塞式空壓機而言，通常降低0.1MPa輸出壓力，可以使空壓機的用電量節省7～10%。如下圖表1所示：

 

　　例：功率250kW的螺桿式空壓機為例，輸出壓力降低0.2MPa，年工作300天，每天24小時，節省按照8%計算，電費0.7元/kWh。可節約250kW×24小時×300天×0.7元/kWh×8%×2=20.16萬元/年。
　　氣動系統的節能，要從壓縮氣體的產生，傳輸和使用三個環節入手。如下圖表2所示。

　　按照用最少投資，獲取最大效果的原則，排序為：①現場用氣的合理性②壓縮空氣管理③空壓機優化。那么我們就按照這個順序，來逐一學習一下。
　　三、現場用氣的合理性
　　首先我們來說一下，一般使用壓縮氣體的場合，普遍存在的幾種現象：1）泄漏 2）吹氣 3）壓力損失 4）低壓化 5）間歇控制。
　　1、泄漏：一般指工業中不應該流出或漏出的物質或流體，流出或漏出機械設備以外，造成損失，稱之為泄漏。

　　上圖表3展示的是泄漏處的孔徑大小與泄漏量的一個對應數據關系，這些數據依據的是這個公式來計算的Q=83×d2×(P+0.1013)L/min(ANR)。這個公式是一個經驗數據的估算，另外還有一些精確的測量泄漏量的儀器可以使用。如下圖表4所示

　　工廠漏氣案例參考:  某大型工廠發現276處泄漏點，泄漏量：18.2m³/min，年損失=18.2X60分鐘X16小時X250天X0.07元/m3=30.6萬元。
　　造成泄漏的原因主要有兩方面：一是由于機械加工的結果，機械產品的表面必然存在各種缺陷和形狀及尺寸偏差，因此，在機械零件連接處不可避免的會產生間隙；二是密封兩側存在壓力差，工作介質就會通過間隙而泄漏。消除或減少任一因素都可以阻止或減少泄漏。就一般設備而言，減小或消除間隙是阻止泄漏的主要途徑。
　　2、吹氣：是指的一種動作，泛指將管路內的氣體排放到外接。吹氣的主要功能有：1）除塵、除水、干燥、降溫；2）分離；3）吹出；4）貼附，噴涂。
　　吹氣存在問題1：噴嘴末端的壓力損失高。壓力損失大導致供氣壓力高，供氣壓力高導致耗氣量大，耗氣量大導致耗能多。

　　吹氣問題1改善對策：
　　1）通過加裝噴嘴，減小下游有效截面積，降低流量，提高噴出的氣體壓力。其原理類似于我們用嘴去吹氣，張大嘴去吹氣和收攏嘴去吹氣的差異。一般常見的噴嘴接頭如圖表6所示。

　　圖表6所示的數據是，在工件距離不變，噴出壓力不變的前提下，通過更改終端噴嘴的口徑，對應出來的氣體流量需求。
　　2）通過用低壓損元件，增大上游有效截面積。圖表7所示是SMC新老兩款閥的對比。
　　圖表8是某集團生產用氣槍，節能改善的一個案例，通過表中的數據可以直觀的看出耗氣量明顯降低，間接的表征出來供給壓力有所降低。下表數據的計算，按照吹氣時間1分鐘吹一次，每次20秒，工作時間按8小時/天×300天/年得出。
　　吹氣存在問題2：吹氣供給壓力選擇不當。不是說供給的氣壓越高越好，吹擊力和噴嘴的直徑和距離相關的，如圖表9所示。
　　問題2改善建議：按照功能需求合理供壓。

　　吹氣存在問題3：無工件時仍然吹氣。大多工廠都不太在意吹氣的休息問題，沒有工件時是需要休息的，哪怕是僅僅1秒兩秒，但是日積月累就多了。圖表10是幾種常見的應用場合。

　　問題3改善建議：使用合適的機械閥、電控閥、氣控閥，使得無工件時停止耗氣。
　　上面是針對單獨問題逐條進行的分析，下面我們再舉一個例子，把吹氣這種應用的合理性再明確一下。
　　日常生活中我們會經常喝到啤酒，大家知道在啤酒的生產過程中，有一個環節叫做“啤酒瓶蓋吹凈”嗎？這個環節就是啤酒灌裝完并壓裝蓋子后的一個工序，一般用來吹去灰塵和液滴。比較老的啤酒廠會直接在硬鋼管子上打孔進行氣吹清理，這樣無需要減壓閥，無需要通斷閥，直接成本投入較小。耗氣量為14.2m³/min，年運行費用約27萬元。

　　結合上面提到的和吹氣相關的幾點改善措施，我們采取的的改善措施為1）追加噴嘴、噴嘴口徑合理化，提高沖擊壓力；2）追加減壓閥，調低供給壓力；3）追加2通閥，無工件時停止吹氣；最終配置為雙噴嘴側吹+直吹，按照正確順序加裝減壓閥、通斷控制閥。耗氣量為1.1m³/min。年運行費用：2.2萬元。

　　3、壓力損失：顧名思義就是氣體壓力沒有被用于有益的工作，而是無端的損失浪費了。導致壓力損失的主要兩個原因為：1）主管路管徑小導致的壓力損失；2）過濾器濾芯阻塞導致壓力損失。
　　圖表13示意的是同樣的供氣流量，同樣的壓損，對應的不一樣的傳輸管路直徑。所以建議大家在選用設計管路之前要先計算一下比較好。

　　壓縮空氣過濾器濾芯會隨著使用時間增長而慢慢堵塞，導致進出口側壓力差增大。空壓機需要更多工作來彌補此部分壓力損失，花掉更多的電費。 濾芯更換的投入產出比: 以AF30系列（流量1000L/min）為例： 壓力損失0.1MPa時導致的損失超千元。 AF30的濾芯標準價幾十元。 改善對策：壓損超過0.1MPa更換濾芯或大型過濾器每年更換濾芯、小型過濾器2年更換濾芯。有些老板一聽說每年要更換配件，總感覺自己在一直的花錢，不停的投入，從內心里就比較抵觸。那么我們來算一個賬：以AF30系列（流量1000L/min）為例： 壓力損失0.1MPa時導致的損失超千元，更換一個AF30的濾芯的標準價才幾十元。現在SMC也推出了帶有帶濾芯堵塞指示的過濾器和帶差壓指示計的過濾器，方便我們選用。
　　4、低壓化：是指的起源的輸出端和主管路要采用低壓傳輸的原則。這個概念和大家常規意識的，高壓輸出可以抵消壓降的思路是完全相反的。反過來大家細數一下，其實在我們整個氣路中需要達到高壓的位置并不是很多，大多低壓就可以滿足。所以，我們可以使用整體低壓，局部增加的策略來滿足不同位置的要求（如圖表14所示）。僅少量位置需要高壓，可以降低空壓機輸出的壓力，有效降低空壓機運行電費。

　　以功率250kW空壓機為例，輸出壓力降低0.2MPa，可節約：250kWx24小時x300天x0.7元/kWhx8%x2=20.16萬元/年。
　　另外，減壓閥的穩壓功能也同樣不可忽視。同樣流量下，穩壓特性越好，對上游壓力的需求越低。
　　5、間歇控制的意思是指：氣路系統該休息的時候就得讓它休息。這個概念和吹氣的現場的問題2——無工件時仍然吹氣所表達的意思有些相近。另一方面間歇控制還闡述一個停止的概念，引申為截止，阻斷氣路的氣體的傳輸。例如我們的管路是有部分泄露點的，要么即使處理掉泄露的位置，要么設備停機時直接截止氣路，同樣也可以起到節約能源的作用。還有些時候，由于手動氣源開關，位置偏僻，容易被忽略且操作不便。這樣我們就可以引進一種可與電源開關聯動的截止閥產品。
　　在常規的氣路中耗氣量最大的，要數真空元件了，真空發生器在工作時是持續耗氣的。下面我們就以某工廠的一套真空裝置為例，說明一下采用間歇控制前后的差異，以及給客戶帶來的直接收益。這里主要引入的為雙級噴嘴技術，可以提高真空效率。需要真空時才給真空發生器供氣,真空壓力達到時便自動停止。使得氣體的吸入量增加50%，空氣的消耗量削減了30%。
　　圖表15數據是按照1）每天工作24小時，每年工作300天計；2）壓縮空氣的電費成本約合0.1元/m2來計算的。

　　綜合圖表15數據得出測試結論1）改善后每個發生器每年節省成本2.328.2，壓縮空氣運行成本消減88%.2）由于ZK2是間歇供氣，改善后現場噪音明顯減少。3）由于ZK2自帶破壞閥，改善后吸盤釋放工作時，更容易與工作脫機。
　　四、結語
　　文章說了這么多可能有些人還是比較模糊，想要知道自己的氣路實際存在怎么問題？有什么對策？節能的空間有多大？投入規模大小？那么，我們最后再用一個圖表16來給大家說明一下，希望對大家能夠有所幫助。
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　　作者簡介
　　吳廣忠（1980.04--），男，漢族，山東省青島市人，大學本科（工學學士），畢業于青島科技大學，中級工程師，研究方向：空氣壓縮機。