摘要：压缩空气系统在企业生产中发挥着重要的作用，具有广泛性和普遍性。在社会可持续发展理念下对压缩空气系统的节能设计和工艺优化，应当准确把握社会形势，对社会能源资源加以科学化应用，保证相关设备使用的安全性和经济性，从而真正实现节能减排，推进整个社会的发展进步。鉴于此，本文主要分析压缩空气系统的节能设计与优化方式。
关键词：压缩空气系统；节能设计；优化
1、压缩空气系统应用现状
近年来，国内学者和厂家陆续开始重视压缩空气节能的问题，并开展了一些研究。蔡茂林等针对气体泄漏的检测、智能控制器、局部增压技术等方面做了大量的工作，并已应用于工业生产，取得了一定的节能效果；刘涛等通过变频、分压等技术对电厂压缩空气系统进行节能改造，大幅降低了能耗，提升了经济效益；潘志旸对压缩空气系统采取集中控制、管网优化等措施，改造后节能效果达到38%。
典型的压缩空气系统工作流程如图1所示：空气压缩机将大气压下的空气吸入后压缩并以较高的压力输出;输出的压缩空气经储气罐缓冲，并且初步除水除油后，输入到干燥机等空气净化设备中进行进一步的除水、除油等净化;之后洁净的压缩空气通过管道输送至末端用气设备，如喷枪、气缸等。
因此，整个压缩空气系统能源浪费主要表现在以下几个方面：
（1）压缩机组环节(运行负载不匹配)
采用吸气阀对空压机吸气口的压力进行调节，使输出压力波动小，是压缩机行业为了保证压力需求普遍采用的方式。由于吸气阀在压缩机没有供气的情况下同样保持工作状态，因此会对电力资源产生一定的浪费。同时，空压机驱动电机本身冷却不足、机械摩擦等也会导致一部分能量的损失，从而使得压缩机工作效率降低。
（2）管道供气环节(管网配置及管理不合理)
压缩空气系统管道输送供气环节能源浪费十分严重，主要有2个方面的原因：1)长距离的管道线路使得管道的压损较大，而多数情况下压损的确定较为困难，以及系统启动过程存在流量高峰，末端用气设备的压力较压缩机组的供气压力要小很多，浪费较为明显；2)客户的管理不善致使管道线路出现严重的泄漏现象，较甚者可达50%以上，这部分损失通常占供气量的10%~30%。
（3）末端用气环节
工业生产中，压缩空气系统的末端用气环节的浪费也较为严重，有工艺过程浪费和操作过程浪费2个方面。工艺过程的浪费可分为无负荷的气体损失和准备结束工作的气体损失，如确定工件是否卡到位的真空发生器给气不工作时也需不间断供气、轮胎制造中定型充气从0．7MPa的高压直接降至常压的过程等。人为操作过程的浪费主要是现场施工人员不适宜的追求高压以及供气管道过长等原因造成的，如气枪使用过程中擅自扩大喷嘴喷口提高供给压力、用直铜管做喷嘴等。
1—空压机；2—储气罐；3—前置过滤器；4—冷干机；5—后置过滤器
图2储气罐的并联供气方案图
2、空气压缩机的选型
2.1、空压机选择方案
无论是从性能还是从空压机的综合使用成本来说，螺杆式空压机都是比较合理的选择。有了这个对主机的定性确定之后，接下来很重要的工作便是对方案中主机的数量进行确定，也就是我们的定量分析，以设计出最优化的设计方案。本着最大化进行生产的要求，为实现空压机的不间断供气，我们在进行方案设计时，必须充分考虑空压机故障停机、维护保养等相关因素，所以通常在主机数量的确定上按高于额定排气量1~2台进行配置主机，以实现主机之间的交替供气或维修替代。
2.2、储气罐的选择
储气罐的容量应取所有空压机每分钟排气总量的30%进行配置。储气罐数量的配置没有严格的规定，应按照实际供气需要进行配置相应数量的储气罐。一般来说，为保证供气压力的稳定，方便维护使用，我们在储气罐的配置上坚持一个原则：在保证储气罐容量的同时，配置数量以尽量少为好，单个储气罐容量以尽量大为好。
2.3、冷干机的选择
冷干机是压缩空气除油、除水的关键设备。在选择冷干机时，应先确定冷干机的露点温度，一般为2℃，在此基础上选择冷干机的处理气量，计算公式如下：
Qe=Qb×Cjp×Cjt×Cit×Cht（1）
式中：Qe为冷干机额定压缩空气处理流量；Qb为所需处理的空气流量，即空压机排气量；Cjp为进气压力修正系数（1.00）；Cjt为进气温度修正系数（1.60）；Cit为露点温度修正系数（1.00）；Cht为环境温度修正系数（1.29）。
3、压缩空气系统的节能设计与优化方式
3.1、流速控制
为保证压缩空气系统真正实现节能设计和优化，应当对设计流速加以科学化控制，保证管道内径的精准度，将压缩空气系统的运行压力控制在最低范围内。不同行业对于压缩空气系统的运用给出了不同压力下的流速计算公式，一般在空气流速超出9m/s的情况下，气流会对管道内粉尘和颗粒等产生作用，对压缩空气系统相关设备造成磨损，影响设备应用效果。而在流速低于6m/s的情况下，流速对管道内粉尘和碎屑的作用力较小，使得此类物质在管道内部发生沉降。若在适当位置设置排污点可以将粉尘和碎屑等顺畅排出，减少对压缩空气系统的设备性能所造成的不利影响。因此，在压缩空气系统的节能设计与优化的过程中，最好将流速控制在6~9m/s，以便于粉尘、颗粒与碎屑等排出。
3.2、管道选材
管道选材也是压缩空气系统节能设计与优化中的重要内容，需要以压缩空气系统相关设计规范为依据，结合产业需求合理选择管道材料，一般情况下，镀锌焊接钢管和镀锌流体输送用无缝钢管是比较常用的管道材料。应当注意的是，在压缩空气系统中对管材的应用，应当及时取出镀锌层以保证管材焊接质量可靠，在焊接完成后对其进行打磨和防腐处理，确保其满足压缩空气系统的应用标准。为保证压缩空气系统的节能效果，在管道选材的过程中应当不断研发新材料和新工艺，优化焊接操作，弥补管材表面剥落等不足，确保设备的使用价值在压缩空气系统中得打最大发挥。
3.3、管网布置
管网布置在压缩空气系统节能设计与优化中所占的比重相对较低，但为有效降低能源消耗，提高压缩空气系统运行有效性，应当严格依照相关设计规范中管网布置要求进行处理，尤其是要掌握好管道走向，为后续设备检修提供便利，通过对压缩空气系统的节能设计和优化，降低管道污染腐蚀几率，保证管网布置的规范性和可靠性。比如车间内压缩空气管网的环路布置可以保证供气稳定性可靠性，管道排水坡度控制在3%以为有助于促进管道内冷凝水的顺流，支管与主管之间连接方式的改进便于管内冷凝水自动流入排污装置，以免给用气设备的使用性能造成影响。
总之，压缩空气系统主要由空气压缩机、干燥器、过滤器等组成，在对大气压力的空气进行压缩后，以高压力将其输送给气动系统，从而更好地满足不同工况下对压缩空气的应用需求。为更好地实现能源资源的优化利用，节约社会成本，应当加大力度对压缩空气系统的节能设计与优化方式进行研究和分析，从而促进企业降本增效目标的顺利实现。
论文作者:伍建明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/15
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