【压缩机网】众所周知,人口、能源和环境已成为全球性的三大难题，中国在发展过程中也同样遇到这些问题。从总体上讲，我国经济属于高消耗、低效益型经济。中国改革开放以来的实践证明，大力推进能源的节约和合理有效利用，是解决经济发展过程中的高消耗、低效益、高污染的根本措施和现实选择。基于以上认识，我国已把节能作为发展国民经济的一项长期战略方针。中国政府在80年代初明确提出了“开发与节约并重、近期把节能放在优先地位”的能源工作方针，有力地推动了我国的节能工作。经过几十多年的努力，中国在开展节能工作方面取得了很大成绩。
　　一、引言
　　首先我们来给大家介绍一下压缩空气使用现状：当前，我国在气动系统上每年耗电量高达2000亿度以上。我国企业在气动技术使用中存在效率偏低、浪费严重、节能意识淡薄等问题。超过90%的气动系统都有20%以上节能的空间。
　　那么我们为什么要节能呢？1）运营成本降低——省钱！直接装入口袋的净利润；2）国家法律法规的执行——守法！3）环境保护的责任——保卫地球！降低能耗，减少二氧化碳排放量。
　　二、压缩空气的成本计算
　　压缩空气的成本主要是电费成本，下面有个大体的估算公式：

　　以英格索兰250kW，额定输出40m3的空压机为例：

　　一般工厂压缩空气的综合成本在0.1元/m³(ANR)以上。空压机输出压力与运行电费是有一定关系的，对于螺杆式、活塞式空压机而言，通常降低0.1MPa输出压力，可以使空压机的用电量节省7～10%。如下图表1所示：

 

　　例：功率250kW的螺杆式空压机为例，输出压力降低0.2MPa，年工作300天，每天24小时，节省按照8%计算，电费0.7元/kWh。可节约250kW×24小时×300天×0.7元/kWh×8%×2=20.16万元/年。
　　气动系统的节能，要从压缩气体的产生，传输和使用三个环节入手。如下图表2所示。

　　按照用最少投资，获取最大效果的原则，排序为：①现场用气的合理性②压缩空气管理③空压机优化。那么我们就按照这个顺序，来逐一学习一下。
　　三、现场用气的合理性
　　首先我们来说一下，一般使用压缩气体的场合，普遍存在的几种现象：1）泄漏 2）吹气 3）压力损失 4）低压化 5）间歇控制。
　　1、泄漏：一般指工业中不应该流出或漏出的物质或流体，流出或漏出机械设备以外，造成损失，称之为泄漏。

　　上图表3展示的是泄漏处的孔径大小与泄漏量的一个对应数据关系，这些数据依据的是这个公式来计算的Q=83×d2×(P+0.1013)L/min(ANR)。这个公式是一个经验数据的估算，另外还有一些精确的测量泄漏量的仪器可以使用。如下图表4所示

　　工厂漏气案例参考:  某大型工厂发现276处泄漏点，泄漏量：18.2m³/min，年损失=18.2X60分钟X16小时X250天X0.07元/m3=30.6万元。
　　造成泄漏的原因主要有两方面：一是由于机械加工的结果，机械产品的表面必然存在各种缺陷和形状及尺寸偏差，因此，在机械零件连接处不可避免的会产生间隙；二是密封两侧存在压力差，工作介质就会通过间隙而泄漏。消除或减少任一因素都可以阻止或减少泄漏。就一般设备而言，减小或消除间隙是阻止泄漏的主要途径。
　　2、吹气：是指的一种动作，泛指将管路内的气体排放到外接。吹气的主要功能有：1）除尘、除水、干燥、降温；2）分离；3）吹出；4）贴附，喷涂。
　　吹气存在问题1：喷嘴末端的压力损失高。压力损失大导致供气压力高，供气压力高导致耗气量大，耗气量大导致耗能多。

　　吹气问题1改善对策：
　　1）通过加装喷嘴，减小下游有效截面积，降低流量，提高喷出的气体压力。其原理类似于我们用嘴去吹气，张大嘴去吹气和收拢嘴去吹气的差异。一般常见的喷嘴接头如图表6所示。

　　图表6所示的数据是，在工件距离不变，喷出压力不变的前提下，通过更改终端喷嘴的口径，对应出来的气体流量需求。
　　2）通过用低压损元件，增大上游有效截面积。图表7所示是SMC新老两款阀的对比。
　　图表8是某集团生产用气枪，节能改善的一个案例，通过表中的数据可以直观的看出耗气量明显降低，间接的表征出来供给压力有所降低。下表数据的计算，按照吹气时间1分钟吹一次，每次20秒，工作时间按8小时/天×300天/年得出。
　　吹气存在问题2：吹气供给压力选择不当。不是说供给的气压越高越好，吹击力和喷嘴的直径和距离相关的，如图表9所示。
　　问题2改善建议：按照功能需求合理供压。

　　吹气存在问题3：无工件时仍然吹气。大多工厂都不太在意吹气的休息问题，没有工件时是需要休息的，哪怕是仅仅1秒两秒，但是日积月累就多了。图表10是几种常见的应用场合。

　　问题3改善建议：使用合适的机械阀、电控阀、气控阀，使得无工件时停止耗气。
　　上面是针对单独问题逐条进行的分析，下面我们再举一个例子，把吹气这种应用的合理性再明确一下。
　　日常生活中我们会经常喝到啤酒，大家知道在啤酒的生产过程中，有一个环节叫做“啤酒瓶盖吹净”吗？这个环节就是啤酒灌装完并压装盖子后的一个工序，一般用来吹去灰尘和液滴。比较老的啤酒厂会直接在硬钢管子上打孔进行气吹清理，这样无需要减压阀，无需要通断阀，直接成本投入较小。耗气量为14.2m³/min，年运行费用约27万元。

　　结合上面提到的和吹气相关的几点改善措施，我们采取的的改善措施为1）追加喷嘴、喷嘴口径合理化，提高冲击压力；2）追加减压阀，调低供给压力；3）追加2通阀，无工件时停止吹气；最终配置为双喷嘴侧吹+直吹，按照正确顺序加装减压阀、通断控制阀。耗气量为1.1m³/min。年运行费用：2.2万元。

　　3、压力损失：顾名思义就是气体压力没有被用于有益的工作，而是无端的损失浪费了。导致压力损失的主要两个原因为：1）主管路管径小导致的压力损失；2）过滤器滤芯阻塞导致压力损失。
　　图表13示意的是同样的供气流量，同样的压损，对应的不一样的传输管路直径。所以建议大家在选用设计管路之前要先计算一下比较好。

　　压缩空气过滤器滤芯会随着使用时间增长而慢慢堵塞，导致进出口侧压力差增大。空压机需要更多工作来弥补此部分压力损失，花掉更多的电费。 滤芯更换的投入产出比: 以AF30系列（流量1000L/min）为例： 压力损失0.1MPa时导致的损失超千元。 AF30的滤芯标准价几十元。 改善对策：压损超过0.1MPa更换滤芯或大型过滤器每年更换滤芯、小型过滤器2年更换滤芯。有些老板一听说每年要更换配件，总感觉自己在一直的花钱，不停的投入，从内心里就比较抵触。那么我们来算一个账：以AF30系列（流量1000L/min）为例： 压力损失0.1MPa时导致的损失超千元，更换一个AF30的滤芯的标准价才几十元。现在SMC也推出了带有带滤芯堵塞指示的过滤器和带差压指示计的过滤器，方便我们选用。
　　4、低压化：是指的起源的输出端和主管路要采用低压传输的原则。这个概念和大家常规意识的，高压输出可以抵消压降的思路是完全相反的。反过来大家细数一下，其实在我们整个气路中需要达到高压的位置并不是很多，大多低压就可以满足。所以，我们可以使用整体低压，局部增加的策略来满足不同位置的要求（如图表14所示）。仅少量位置需要高压，可以降低空压机输出的压力，有效降低空压机运行电费。

　　以功率250kW空压机为例，输出压力降低0.2MPa，可节约：250kWx24小时x300天x0.7元/kWhx8%x2=20.16万元/年。
　　另外，减压阀的稳压功能也同样不可忽视。同样流量下，稳压特性越好，对上游压力的需求越低。
　　5、间歇控制的意思是指：气路系统该休息的时候就得让它休息。这个概念和吹气的现场的问题2——无工件时仍然吹气所表达的意思有些相近。另一方面间歇控制还阐述一个停止的概念，引申为截止，阻断气路的气体的传输。例如我们的管路是有部分泄露点的，要么即使处理掉泄露的位置，要么设备停机时直接截止气路，同样也可以起到节约能源的作用。还有些时候，由于手动气源开关，位置偏僻，容易被忽略且操作不便。这样我们就可以引进一种可与电源开关联动的截止阀产品。
　　在常规的气路中耗气量最大的，要数真空元件了，真空发生器在工作时是持续耗气的。下面我们就以某工厂的一套真空装置为例，说明一下采用间歇控制前后的差异，以及给客户带来的直接收益。这里主要引入的为双级喷嘴技术，可以提高真空效率。需要真空时才给真空发生器供气,真空压力达到时便自动停止。使得气体的吸入量增加50%，空气的消耗量削减了30%。
　　图表15数据是按照1）每天工作24小时，每年工作300天计；2）压缩空气的电费成本约合0.1元/m2来计算的。

　　综合图表15数据得出测试结论1）改善后每个发生器每年节省成本2.328.2，压缩空气运行成本消减88%.2）由于ZK2是间歇供气，改善后现场噪音明显减少。3）由于ZK2自带破坏阀，改善后吸盘释放工作时，更容易与工作脱机。
　　四、结语
　　文章说了这么多可能有些人还是比较模糊，想要知道自己的气路实际存在怎么问题？有什么对策？节能的空间有多大？投入规模大小？那么，我们最后再用一个图表16来给大家说明一下，希望对大家能够有所帮助。
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　　作者简介
　　吴广忠（1980.04--），男，汉族，山东省青岛市人，大学本科（工学学士），毕业于青岛科技大学，中级工程师，研究方向：空气压缩机。