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螺杆机和离心机空压站设备节能潜力分析

文章来源：东莞丰光空压机人气：3583发表时间：2020-06-11【小中大】

空压站设备节能潜力浅析

压缩空气以其安全、环保、调节性能好、传输方便、便于集中管理和应用等特点,在工业领域得以广泛应用,随着工业技术的发展和设备的更新换代,自动化程度越来越高,压缩空气在生产过程中的应用越来越广泛,在很多工业企业中已经成为了继电力能源后第二大动力能源。压缩空气作为能源虽具有上述特点,但其能耗的产出比约为1：7,属于耗能大户。

一、空压机的节能潜力分析

空压站设备主要由空压机、干燥机过滤装置、排污装置组成。而空压机作为压缩空气的制造设备,其节能潜力也是最大的。在设备的运行过程中一定要根据具体的空压机类型及具体的用气环境考虑空压机的节能潜力。下面对空压站最常见的螺杆机和离心机这两种机型节能潜力进行分析。

首先要考虑的是降低空压机的排气压力。由于空压站建设的目的是为了体现集中供气的优势,所以首先要根据企业内各用气元的最低实际需求压力来设定排气压力点,尽可能地降低空压机的排气压力。在空压机的产气范围内,其产气量是与排气压力成反比的。所以降低压力也就意味着提高空压机的产气量。压力每降低0.01MPa,其产气能耗可降低3%-5%。

螺杆式空压机为容积型压缩机,在节能上首选加装变频器,有可能的条件下,在空压站初期建设时可优先考虑变频式螺杆机由于变频式螺杆机的负荷调节范围虽可达到30%～100%,所以不论前期的变频压缩机的选择，还是后期压缩机的变频改造,一定要考虑好所需调节气量范围,进行针对性的选择和改造。

离心机控制模式主要有两种,一种是恒压控制,另一种为加卸载控制。虽然加卸载为运行方式相对节能,但是由于加卸载控制方式运行时,在加卸载过程转换时,离心机的轴承受力方向发生相反的变化,对空压机的损害较大,且对供气压力会产生一定的波动,所以一般情况下,离心机运行方式都选择恒压控制模式。在恒压控制模式下,离心机的节能调节空间约在产气量的70%-100%。当超出此范围时,空压机将进行放空以实现恒压控制,造成很大的浪费。当使用其环境较稳定时,可以通过对其中1台或多台空压机实现上限电流控制,人为地降低产气量。同时使其中1台空压机压力在70%-100%范围内实现恒压调节控制,从而实现节能运行的目的。通过此功能控制方式,可很好地扩大离心机的恒压控制调节范围,在多台离心机并联集中供气环境节能潜力很大。

二、后处理设备的节能潜力分析

后处理设备作为空压机配套的设备,主要对压缩空气进行干燥处理,进而降低压缩空气的露点温度。根据露点温度的需求不同,目前企业内最常见的后处理设备有冷冻式干燥机、吸附式干燥机及组合式干燥机。冷冻式干燥机的露点温度一般在2℃～10℃,吸附式干燥机的露点温度可达到一40℃,而组合式干燥机的露点温度可达到一70℃。而在实际的压缩空气供应过程中,实际供应压缩空气露点远远低于实际需求露点,而露点的获得是通过能源的消耗获得。所以后处理设备的节能潜力就是要考虑通过采取措施，适当地提高露点温度实现节能目的。在对露点温度无要求或者要求不高的环境,可直接选择冷冻式干燥机,与吸附式干燥机相比,经过后处理设备时的压差可降低0.03MPa。仅此一项,可降低能耗的9%-15%。

对于露点温度要求较高的用气环境,一般大部分都使用的是吸附式干燥机。吸附式干燥机按再生方式又分为无热再生和加热再生。对于无热再生吸附干燥机,其再生用压缩空气可达到处理气量的15%,可以通过降低再生压力或者延长再生周期来降低再生用气量,从而实现降低能源消耗的目的。

同样加热再生吸附式干燥机可通过降低再生的温度来降低电能的消耗。由冷冻式干燥机与吸附式干燥机组合而成的组合式干燥机,除了上述的节能措施调整外,在冬季时,由于环境空气温度已经在0℃以下，所以可以选择降低冷干机的负荷或停运冷干机的方式进行节能运行。

在使用离心机或无油螺杆机处,由于其末级排气温度可达到125-145℃,所以可以通过余热利用的方式,改变压吸附式干燥机为变温吸附式干燥机。通过此项改造,最大可以节约15%的再生用气。同时可降低离心机或螺杆机的末级排气压差0.01MPa,可节约空压机能耗3%～5%。

三、过滤装置的节能潜力分析

压力降一般指从空压机排气到用户单元的整个输送过程中产生的压力降低总和。压力降每增加0.01MPa,其功耗就会增加3%～5%,所以怎样降低压缩空气系统输送过程中的压力降，是降低压缩空气系统功耗的一个重点工作。在压缩空气制造过程中,其压力降主要体现在后处理设备及压缩空气系统各油气分离器、气水分离器、精密过滤器等各类过滤装置上。过滤器是为了保证输送压缩空气的洁净度、露点温度、含油量所必须具有的设备,所以过滤装置滤芯要根据不同时期压缩空气的质量定期更换。延长各类过滤器芯的做法并不是节约成本,相反会增加能耗成本。以一台90kW的压缩机为例,在滤芯的压差为0.07MPa时将滤芯的寿命每增加1个月,其相应的能耗增加为950×0.005×7×550=18287kWh,按照每度电0.7元计算,其每月增加能耗为12801元。

四、排凝装置节能潜力分析

在压缩空气的制造过程中,由于空气被压缩后会达到饱和状态,在一定的压力温度条件下,会有很多的液态水出现,这样在整个压缩空气系统过程中就需要及时排出液态水,否则会造成设备的严重故障。在排出冷凝水的过程中,会伴随排出压缩空气而排出去的这部分压缩空气就是排凝装置的节能潜力所在。根据气体动力的放空量计算公式：

Qv=113SP×sqrt (273/T)(L/min)(1)

式中:S-面积,mm2P-绝压,MPaT-温度,K

通过公式(1)可以算出,假设直径为4mm,在0MPa排空时,每分钟排气量约lm3相当于每分钟浪费约7kW的电量。在整个压缩空气的制造工艺过程中,基本上每个压力容器底部都有排凝口,如压缩机的各级冷凝器、储气罐、各精密过滤器等,这些容器的排污都是通过排水器实现,因此都或多或少存在着能源浪费现象。如何选择排水器很大程度上决定排凝过程中能源的浪费情况。排污阀门的控制形式常见的有阀门直排、时间控制排污、浮球控制排污、电子控制排水污。每个排污阀门的控制方式都有自己的特点,在保证设备的正常工作状态下首选无压力损失、无能源损耗排水方式。通过降低压力损失达到节能的目的。

常见排污方式对比见表1

根据表1可以看出,常见的冷凝水的排放设施以选择浮球控制调节的排污装置相对节能,但常见的浮球阀由于排污口和排污量较小,使用场合有一定的局限性。目前美国Ingersollrand公司开发的气动无损阀及德国BEKO开发的电容式自动疏水器都是为了在使用防堵塞、排凝量大、防腐蚀的环境设计,在排水过程中只排水不排压缩空气,杜绝了因排凝造成的压缩空气浪费。

五、结语

空压站作为压缩空气生产和供应站房,是压缩空气系统中节能的重要的环节。在保证设备安全,稳定供气的过程中,要通过技术的角度去分析各生产工艺环节中存在节能潜力,使压缩空气的制作成本能耗降到更低。

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