節能型壓縮空氣系統的設計與應用

彭小龍

（珠海市龍神有限公司）

能源是人類活動的物質基礎，是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質資源。能源種類繁多，而且還在不斷的開發與研究。然而，近半個世紀以來，工業經濟迅猛發展，能源問題日益凸顯。能源匱乏，使用率低下，同時對人類賴以生存的環境造成了嚴重威脅；為了推進全社會節約能源，提高能源利用效率和經濟效益，保護環境，保障國民經濟和社會的發展，滿足人民能源日常生活及工作的需要，于1997年11月1日第八屆全國人民代表大會常務委員會第二十八次會議通過，制定了中華人民共和國節約能源法，自1998年1月1日起施行。要求各省，自治區、直轄市人民政府加強節能工作，合理調整產業結構，企業結構，產品結構和能源消費結構，推進節能技術進步，降低單位產值能耗和單位能耗，改善能源的開發，加工轉換，輸送和供應，逐步提高能源利用效率，促進國民經濟向節能型發展。

由于科學技術的進步，自節能法實施以來，在國家政府的大力支持及監管的情況下，大量節能設備，工具及方案都相繼產生和實施。廣大人民節能意識也逐步提高，基本上能做到能耗最小，但是各種由于其它能源轉化而成的能源并沒有引起人們的意識和重視，本文就以電能帶動空壓機運轉產生壓縮空氣從而作為生產的動力源，氣動工具、設備及加工能耗成本作一個簡單的淺析，希望能引起各企事業單位及政府部門的重視，及時采取有效措施，來杜絕浪費和降低能耗。

一、壓縮空氣的應用

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力源，其應用范圍遍及石油，化工、冶金、電力、機械、工程、采礦、房地產、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫藥、生化、國防，科研等行業和部門。幾乎所有生產，加工和工程都需要應用壓縮空氣。其主要用于控制閥門的開啟，關閉、機器設備的提升，移動、試驗設備機床，工具或刀具的進給，裝配機械和機床中夾、模具的夾緊及固定，零件和材料的輸送、焊接、噴漆、氣動機器人，自動測量，氣動工具的運轉等。壓縮空氣應用非常廣泛，但是真正認識和了解壓縮空氣的特性，以及壓縮空氣對氣動設備、工具和工作人員的影響的人并不多，很多人只是把它簡單地看作是一種動力源，但對壓縮空氣的壓力、流量、水份（水霧、水蒸氣、凝結冰）、油（油污、油蒸氣）和各種固體雜質、雜味等對設備、工具、產品及施工人員影響了解甚少。在此僅就壓力，流量因壓縮機房配置不合理及輸送管道、軟管接頭等泄漏造成的能量損耗問題，做簡單闡述。

二、壓縮空氣應用效率及損耗估算

壓縮空氣應用非常廣泛，但是效率非常低，由于氣管路連接件泄漏損失，人為損失、管理損失等原因，據權威資料統計，壓縮空氣利用率只有50%。

1、產生壓縮空氣的電能能耗計算

在標準狀況下：一臺10HP的空壓機在10bar壓力下，每分鐘所產生的壓縮空氣體積是1.0m3/分鐘，也就是說，一臺10HP的空壓機每小時的產氣量為60 m3/小時，所耗電能為7.5Kw,即7.5度電。目前工業用電平均價格為1.2元/度，所以每產生1m3的壓縮空氣所耗電能為0.125度,因此每生產或消耗1 m3的壓縮空氣所需人民幣0.125×1.2=0.15元。

2、壓縮空氣泄漏參數表

漏氣口徑（mm）

漏氣口徑（英寸）

漏氣量（L/秒）

漏氣量(m3/h)

功率(kw)

0.4

0.015

0.19

0.68

0.06

1

0.39

1.18

4.25

0.37

1.6

0.63

3.07

11.1

0.97

3

1.18

10.95

39.4

3.36

6

2.36

49.1

177

15.0

10

3.94

122.0

439

37.0

上表表明：在標準狀況下，當漏氣口徑為1 mm時，每小時漏氣量為4.25 m3，消耗電能為0.37度。

3、汽車維修企業壓縮空氣損耗計算

據中國汽車維修協會統計數據顯示，目前全國汽車維修企業34.5萬家，平均每家維修企業的工作崗位為20個，用氣點為40個，保守數據表明約為20%的用氣點在漏氣，

也就是說，每個企業約有8~10個漏氣點，我們就按每個廠8個漏氣點計算，即每天有34.5萬×8=288萬個用氣點在漏氣。

由于經營管理者意識及管理手段，大量漏氣點在泄漏，一進入各工廠或修理廠，都可以聽到漏氣的聲音，有的仍致可以看到漏氣的現象，久而久之，各漏氣點的漏氣量越來越大，我們可分別按漏氣口徑為0.4 mm和1.0 mm來計算漏氣量。

漏氣口徑為0.4 mm：每小時漏氣為0.68 m3/h，所耗電能為0.06度，金額為0.06×1.2=0.072元/小時；

按每天8小時算：8×0.072=0.576元/天；

按每月工作26天計算：26×0.576=14.976元/月；

則：一個漏氣口徑為0.4mm的漏氣點，一年所損耗的資金為：12×14.976=179.712元/年；

全國共有2880000×179.712元=51757萬元/年，約52億元；依次類推，

漏氣口徑為1mm時；每小時漏氣量為4.25 m3/h，所耗電能為0.37度，金額為0.37×1.2=0.444元/小時;

按上述計算過程，一個漏氣口徑為1mm的漏氣點，一年所損耗的資金為319104萬元/年，約320億元。

4、實地考察計算漏氣損耗

以上僅僅是汽車維修企業由于漏氣造成的損失，它與工業廠家，制造業相比，所占的比例相當小，他們的用氣量及損耗量大得多，諸如：汽車制造廠，船艇制造及維修，家電、家私及電子產品生產廠家等。

我們曾經考察過一個小型汽車生產廠，其中一個磨灰和噴涂車間，其用氣點400多個，幾乎是50%的點在漏氣，有些漏氣口徑還較大，我們與此車間主任，工藝工程師及廠領導在現場計算，其結果如下：

此車間年損失金額為：400×50%×1×4.25×0.15×10×26×12=397800元≈40萬

即本車間每年就漏氣所造成的電費損失近40萬元，還有因漏氣引起氣壓不穩，氣流量不夠以及壓縮空氣品質達不到要求而引起的設備，工具損耗，不良品質產品的返工工時，耗材及報廢等，無法估算。

三、造成漏氣的原因

以上數據表明，因漏氣所造成的損失非常巨大和可怕，就汽車維修行業每年損失金額可以建3200所希望小學，相當于743萬噸鋼材，相當于640萬噸石油。所以我們必須盡力減少漏氣，將損失降到最低，其漏氣的真正原因，分析如下：

1〉、設備配置不合理

空壓機壓力設置太大，其儲氣罐耐壓偏低，管道連接件的耐壓不夠等；

2〉、機房安裝連接不合理

空壓機與儲氣罐之間采用硬性連接，長時間運作后，必然會有漏氣現象；

3〉、輸送管道直徑不匹配

沒有專業人員設計，安裝壓縮空氣輸送管道，大多數是由土建工程公司憑經驗和想象安裝，沒有精確計算，造成壓力損失大，流量不夠，另外在安裝時無法試氣。

4〉、管道的選材，合理的布局

大多數廠家對壓縮空氣管道一無所知，其耐壓性，耐候性、抗油性、泄漏性、伸縮性等都不了解，造成壓縮空氣輸送管道氧化生銹，漏氣、變形，老化變脆等等，在安裝布局時也非常不合理，造成壓力損耗大，流量損失快，前端工作崗勉強可以工作，后端工位無法正常工作等。

5〉、員工素質低

有很多企業員工基本素質偏低，部分員工有意破壞壓縮空氣供應系統，造成人為的損失。

6〉、管理不善

沒有設置專人負責設備的維護、保養，出現泄漏時不能及時更換或采取相應的措施，片面追求低的投入成本，選取不專業的施工單位，采購低廉的非專業壓縮空氣供應系統及輸送管道，造成運作成本高。

總之，壓縮空氣供應系統沒有引起大家的注意，大家知道空氣在泄漏，但不知道泄漏的是能量，泄漏的是金錢，無形之中提高了企業的運作成本，也就縮小了企業的利潤空間，嚴重影響公司企業的穩步發展，所以我們在選擇使用動力源時壓縮空氣必須系統考慮，由專業公司設計，安裝、保障正常運作。

四、如何合理規劃壓縮空氣供應系統

壓縮空氣供應系統主要包括空壓機房和輸送管道，還有部分連接軟管及連接件組成。

1、空壓機房

a、空壓機是整個壓縮空氣供應系統的心臟，是設備，工具、用氣量及氣壓的保證，必須具有足夠的產氣量和一定的壓力，才能保證設備、工具的正常運轉，所以空壓機的選型必須依據各企業的用量和壓力要求而定。

耗氣量 = 各類工具的耗氣量×各類工具數量之和

經驗公式：10Hp/10bar≈1m3 即：功率≈耗氣量m3×壓力（bar）

空壓機功率過小，無法保證企業的正常運轉，而且會因壓力和流量不足而尋導致誤工，返工、仍致報廢等；空壓機功率過大， 會造成壓縮機利用率不高，投入成本高，使用價值低，形成浪費。目前各生產企業使用的空壓機基本上是活塞機和螺桿機，我們建議最好使用螺桿機。

活塞機

螺桿機

功率小

功率大

產氣量小

產氣量大

嗓音、振動大

嗓音、振動小

壓縮空氣品質差

壓縮空氣品質相對較好

維護、保養頻繁

維護、保養方便

b、儲氣罐

用于儲存一定體積的壓縮空氣，它具有降溫排水作用，儲存作用、恒壓穩流，避免空壓機的頻繁啟動（活塞機）。儲氣罐的選型必須依據各企業的用量和壓力要求而定,其耐壓值必須大于空壓機的壓力，其體積的選型應遵循3：1的原則，即空壓機的產氣量∶儲氣罐容積=3∶1 。

c、水分離器

自然空氣經過空壓機變成高壓氣體時，溫度升高，空氣中的水分都是以汽態水的形式存在，當流經儲氣罐及部分管道時，溫度降低有部分汽態水會變成液態水與壓縮空氣并存，當