壓縮空氣是工業(yè)領域中較為廣泛應用的動力源之一，由于其具有安全、無公害、調節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點，使其在現(xiàn)代化、自動力領域中應用越來越廣。然而，需要得到品質優(yōu)良的壓縮空氣就需要消耗能量。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~35%。據(jù)調查，絕大多數(shù)的壓縮空氣系統(tǒng)，無論其新或舊，運行的效率都很低，存在著設備不匹配、管路損失大、系統(tǒng)泄漏、人為需求、不正確的使用和不適當?shù)南到y(tǒng)控制等問題。

當然，壓縮空氣系統(tǒng)在經(jīng)過專業(yè)的、全面的空氣系統(tǒng)分析評估后，企業(yè)采取恰當?shù)拇胧?，就可以?jié)約能源，特別是可節(jié)約電能達到10%-50%。在能源緊張，電價不斷上漲的今天，這樣的評估改造不僅節(jié)約了能源，降低了消耗，也意味著它將能為企業(yè)帶來新的利潤空間！

壓縮空氣系統(tǒng)能源消耗和費用的構成

空氣壓縮機是空壓機站的心臟。現(xiàn)在當我們提及空氣壓縮機時，也同時會想到壓縮空氣系統(tǒng)?？諌簷C的供氣系統(tǒng)是指從壓縮機到用氣點前的所有設備，因此整個壓縮空氣系統(tǒng)的設備，從功能上可以分成以下幾部分：

● 產(chǎn)生氣源部分：如壓縮機

● 處理氣源部分：如干燥器、過濾器、分離器等

● 控制部分：如各種控制元器件

● 集輸部分：如儲氣罐、管路閥門等

壓縮空氣系統(tǒng)里的大部分設備都是采用電力驅動，其中空氣壓縮機消耗的電能占到總電能的90%以上。例如一個空壓站，三臺132kW機器(即24m3/min的壓縮機)，兩開一備，每年運行8000小時，電費0.65元/度，一年消耗的電費可以計算如下：

132×8000×0.65×2=1,372,800(元)

如干燥器為冷凍式，相應處理量的冷干機其功率為：8.5kW，其一年消耗的電費：

8.5×8000×0.65×2=88,400(元)

如果需要采購、建立并維護該壓縮空氣系統(tǒng)所需的投資應包括設備初投資、備件、人工、能源消耗等等，當考核系統(tǒng)在使用一年之內的資金投入分配時，得出了如 圖1 所示的結果：

圖 1

當考慮該系統(tǒng)使用五年的資金總投入分配時，又得到結果如 圖2 所示：

圖 2

從兩張圖形的對比可以看出，隨著一個壓縮空氣系統(tǒng)使用年限的延長，其設備投資所占的比例在逐漸減小，運行電費的比例卻在大幅度地增加。在現(xiàn)實應用中，一個正常運行的壓縮空氣系統(tǒng)，其全生命周期會遠大于5年，有的甚至會持續(xù)運行達15～20年或更長。

所以，我們在考慮壓縮空氣系統(tǒng)投資與回報的時候，應該和其它機械產(chǎn)品一樣，作其全生命周期成本分析。這樣，我們會很容易發(fā)現(xiàn)，在壓縮空氣系統(tǒng)里作節(jié)能分析將給企業(yè)帶來新的設備管理思路。

在壓縮空氣系統(tǒng)運行中，能源浪費的原因很多，其產(chǎn)生的主要原因如下：

1.壓縮機運行負荷率問題：

一般來說，空壓機的設計或選型都是按照負荷條件進行的。這也是一般應遵守的原則。但在實際使用中工況是變化的，生產(chǎn)線負荷是不均勻的。調查和資料顯示：一般壓縮空氣系統(tǒng)的負荷率為60～70%。

美國能源部對世界范圍內使用壓縮空氣企業(yè)的壓縮機負荷百分比的調查如圖3所示：

圖 3

以中國為例，設備滿負荷率為66%，即設備在另34%的時間里以卸載方式運行。此間，即使采用好的常規(guī)調節(jié)方式，對螺桿空壓機而言，其功率消耗仍為滿載功率的20～45%。無油螺桿壓縮機有較低值，有油螺桿壓縮機則耗功較高。

仍沿用前述例子(一臺功率132kW，排氣量24m3/min的有油潤滑螺桿壓縮機)，現(xiàn)比較其以滿負荷運行和66%負荷以加/卸載方式運行的耗功情況，并假設以加/卸載方式運行時，卸載功耗較常見的為滿載功耗的35%。

表 1

由 表1 數(shù)字可見，當負荷率為66%時，其功耗和電費仍為滿載時的78%。也就是說，有相當于滿負荷功率的22%被浪費了。當壓縮機以66%負荷率運行時，功率浪費比例占實際功率的15%。

根據(jù)對中國多家壓縮機用戶的評估調查發(fā)現(xiàn)，在中國市場上極其普遍地存在著這種浪費，因此這是值得關注的問題。

2.壓縮空氣系統(tǒng)中壓縮機間運行參數(shù)設定問題：

在一個壓縮空氣系統(tǒng)里包含著許多設備，一般都是多臺壓縮機聯(lián)合運行，并有備機。壓縮機運行時，用氣在變化著，如何使變化著的這些參數(shù)協(xié)調起來是一個值得關注的問題，當它們的參數(shù)設定不當時，也會造成很大的功率浪費。

然而，現(xiàn)在卻很少有人關注壓縮空氣系統(tǒng)設備參數(shù)匹配的問題。由于系統(tǒng)是一直發(fā)生變化的，如何使動態(tài)變化中的供需匹配，需要對系統(tǒng)設備進行大量的跟蹤、調研工作。因此要求調試人員不僅要有很好的專業(yè)知識，而且要有高度責任感。

下圖是一個系統(tǒng)只有兩臺壓縮機的電流變化曲線，這個系統(tǒng)由一臺75kW壓縮機(由上面的曲線表示)和一臺30kW(由下面的曲線表示)壓縮機構成，一年工作350天，每天24小時，電費單價0.65元/kWh，其運行時的電流曲線如圖4所示：

圖4 未經(jīng)設定前的電流曲線

從圖中可以明顯地看出，在這個系統(tǒng)里，兩臺壓縮機的運行控制方式都是本機的常規(guī)的加卸載控制，由于沒有很好地進行配合設置，造成其分別根據(jù)自己的壓力設置在進行加、卸載轉換。圖5 是經(jīng)過重新設定的壓縮機運行曲線：

圖5 經(jīng)過重新設定后的電流曲線

從圖5中可以看出，調整后主機運行平穩(wěn)了，加卸載頻度大大減少，而備機的開動時間也大大減少了。

經(jīng)計算，在參數(shù)未調整前，每年的電費支出約為58.6萬元，其中浪費達7.4萬元之多，因此節(jié)能潛力也是顯而易見的。而解決它的辦法就是簡單的壓力重新設定！

3.壓縮空氣系統(tǒng)泄漏問題

泄漏是每個壓縮空氣系統(tǒng)普遍存在著的現(xiàn)象，壓縮空氣的泄漏主要發(fā)生在管道連接處，如法蘭、接頭、快插等等部位。有資料稱，一般工廠的泄漏比例都在20%以上。表2是壓力為0.7MPa，電費單價為0.65元/kWhr時直徑為1mm2的泄漏點產(chǎn)生的浪費：

從上述兩組數(shù)字均可以告訴我們一個事實：在壓縮空氣系統(tǒng)上的泄漏造成的浪費也是非?？捎^的。用心地解決之，一定會收到很好的節(jié)能效果。

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的解決辦法

根據(jù)前述壓縮空氣系統(tǒng)能源消耗的構成和浪費的原因我們可以看出，壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能都能反映到能源，特別是電力的消耗上。雖然壓縮機是壓縮空氣系統(tǒng)里電力消耗多的設備，但是壓縮空氣系統(tǒng)里的節(jié)能空間不一定全部在壓縮機本身，而設備流程配置的問題，數(shù)臺機器配合的問題乃至使用點壓縮空氣的使用情況，都會導致系統(tǒng)能源的浪費。

由此可見，在一個壓縮空氣系統(tǒng)里，選用節(jié)能運行的壓縮機固然是關鍵，如果討論系統(tǒng)的節(jié)能問題，我們的工作重點就應該從關注壓縮機本身轉移到系統(tǒng)的表現(xiàn)上來，只有這樣才能真正找到系統(tǒng)浪費的所在并改正它。

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的關鍵問題在于找到系統(tǒng)浪費根本原因所在和準確分析出系統(tǒng)節(jié)能潛力的數(shù)值。為此，我們通過了解用戶現(xiàn)場的使用狀況，記錄一些必要的數(shù)據(jù)并實施數(shù)據(jù)分析，在經(jīng)過專業(yè)的、全面的空氣系統(tǒng)分析，并加上恰當?shù)貙嵤┫嚓P措施，能源節(jié)約可以達到10%-50%。

對壓縮空氣系統(tǒng)全面的解決方案的提供應該是從專業(yè)的壓縮空氣系統(tǒng)評估開始的。運行現(xiàn)代化的壓縮空氣系統(tǒng)時所碰到的疑難和低效問題總是讓人覺得很復雜和無從下手。恰當?shù)脑u估是進行動態(tài)管理和使壓縮空氣系統(tǒng)組件充分發(fā)揮效能的渠道。這是一個為用戶的整個壓縮空氣系統(tǒng)提供全面的解決方案，從壓縮機到使用點，為用戶提供高能源效率的壓縮空氣系統(tǒng)、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高壓縮空氣品質和保證壓縮空氣的正常輸出的過程。這也是壓縮空氣行業(yè)在今后的發(fā)展方向。

在過去的一段時間里，電力緊張的問題已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸"，很多企業(yè)都為了維持整個社會的正常運轉而被迫被拉電、限電。所以，壓縮空氣系統(tǒng)能源和效率問題在目前已經(jīng)作為一個專門的課題得到了一些企業(yè)和研究單位的重視，國內一些涉及節(jié)能的政府單位也逐漸將其工作中心轉移到壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能上來。

能源是產(chǎn)品成本的一部分，在有些產(chǎn)品中，能源成本占有較高的比例。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中消費的能源越多，成本越高，獲利空間越小，價格上的競爭優(yōu)勢也就越小，這一道理是顯而易見的。目前，我國絕大多數(shù)企業(yè)經(jīng)營粗放，消耗高，浪費大，經(jīng)濟效益差，缺乏競爭力。節(jié)能降耗，提高能效成為高耗能企業(yè)提高競爭力的重要手段。我國政府十分重視以節(jié)能降耗為主的技術開發(fā)和技術改造，并給予財政支持。其目的在于鼓勵企業(yè)在激烈的市場競爭中通過節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高其在市場上的競爭力。