空壓機節能方案匯總
前 言
在各種工業企業中，壓縮空氣都屬于標準配置，由于其特性優良，廣泛應用于多種場合，成為繼燃料、電力之后的第三大能源。空壓機作為產生壓縮空氣的設備，廣泛應用于化工、礦山、冶金、電力、紡織、造紙、塑膠、煙草、食品、制藥等各種行業。
用于產生壓縮空氣的空壓機是工業企業的重點耗能設備，具備節能潛力。在空壓機的使用成本中，設備購置成本僅占5%，維護成本占18%，電費占到了驚人的77%，實施空壓機節能將會顯著降低空壓機的使用成本。
空壓機耗電量占主要工業設備耗電量的15%，全國空壓機每年耗電量約為2500億千瓦時。按照全國空壓機平均節電15%，平均電價0.65元計算，每年將創造節能效益244億元，市場前景廣闊。
為了實現空壓機的節能，北京時代科儀新能源科技有限公司提出了空壓機綜合節能方案。作為國內專業化ESCO（節能服務提供商），公司自成立以來，一直致力于為用戶提供全方位的節能解決方案，幫助用戶降低經營成本、創造利潤。公司組建了一支集節能環保設備研發、生產、銷售及服務為一體的專業化的團隊，并為清華大學、北京交通大學、北京信息科技大學、中科院工程熱物理研究所、中科院電工研究所等提供了設備或者具有合作關系。
根據多年的實踐經驗，本文從專業的角度，對各種可行的節能技術逐一進行列舉，并闡述空壓機節能的綜合方案，以便服務于廣大的生產企業，為大家提供參考。
一、空壓機的類型和節能的方向
空壓機是一種通過壓縮動作使得空氣的壓強增大，從而具備做功能力的機械。通常，具備較高實用價值的空壓機有活塞空壓機、螺桿空壓機、離心空壓機等，具備不同的運行方式，效率也有差別。
1.1 活塞空壓機
活塞空壓機是一種定容、往復式壓縮機，主要通過氣缸、活塞、閥門的運動配合，完成吸氣-封閉-壓縮-排氣周期。其優點是壓力范圍大、穩定性好、排氣壓力穩定，其缺點是體積大而笨重、運行維護費用相對較高。活塞空壓機目前主要應用在高壓力壓縮等特殊領域。
1.2 螺桿空壓機
螺桿空壓機是一種定容、回轉式壓縮機，主要通過螺桿的嚙合和回轉運動，完成吸氣-封閉-壓縮-排氣周期。其優點是堅固耐用、維護方便，其缺點是輸出壓力不甚穩定，同等條件下的能源效率不及活塞空壓機。螺桿空壓機又分為雙螺桿空壓機和單螺桿空壓機，目前市場占有率較大的是雙螺桿空壓機，具有絕大多數，但某些廠家的優質單螺桿空壓機也不可小覷。
1.3 離心空壓機
離心空壓機是一種變容、葉輪式壓縮機，主要通過葉輪的高速旋轉，形成離心力，促使空氣高速流動，并藉由增壓器的轉換作用，產生一定壓力和流量的壓縮空氣，工作流程為吸氣-增速-擴壓-排出。其優點是流量大、無油，其缺點是容量調節困難、容易誘發喘振等。
1.4 其它類型空壓機
其它具備實用價值的空壓機有渦旋式、滑片式、軸流式空壓機等，都可歸結到定容、變容等壓縮方式，與前述空壓機的分析過程較為近似，考慮到它們的臺數較少，在此不單獨論述，本文的分析過程也適合這些空壓機。
1.5 空壓機節能方案可行的方向
為了實現空壓機節能，我們可以從系統整體監控、空壓機群控優化、空壓機單體控制、氣源優化、輸送管道優化、末端用氣優化、余熱利用、附屬干燥機優化、整體綜合方案等角度和方向進行研究，確定可行的技術方案。北京時代科儀在這些領域都有較大規模的應用，并取得相應的效果。
二、空壓機系統監控節能方案
北京時代科儀新能源科技有限公司通過多年的實踐，對大多數空壓機節能方案都做出了較好的案例，在此逐一列舉空壓機系統的各種節能方案，并形成綜合節能優勢，希望能夠對大家起到參考作用。在過去的幾年中，我們對空壓機的各種節能方案進行了統一的研究，在此對有效的節能方案進行分門別類的敘述，本章主要介紹空壓機系統監控節能方案。
2.1 空壓機系統監控節能的設計思路
企業中的空壓機系統通常采用群組方式工作，每一套空壓機系統含有多臺空壓機，其運行狀態各異，空壓機系統的主要性能指標為氣電比，而在通常的粗放運行方式下，系統的氣電比得不到保證，整體運行性能存在波動。通過對空壓機系統實施監控，能夠對各臺空壓機的運行情況和系統的整體性能進行管理，實現最大效能。
1、構建一個全面的信息系統，對于供應狀況、設備狀況、能耗狀況、能源效率、維保狀況等都進行全面的監控，監控手段先進，并能提出節能建議、維保定時提醒，屬于專利技術。本方案僅監控管理系統的功能就已經大大超出目前市面上空壓機聯控系統的范疇。
2、監控終端功能強大，每臺空壓機具有256路數據存儲，可以全方位監控空壓機的運行狀況，實時核算制氣效率、氣電比，并具有小時、天、月、單班能效記錄，尖、峰、平、谷能效分析等功能，屬于專利技術。
3、配合空壓機節電王，提供單組空壓機的核心節能功能，在合適的條件下能大幅降低空壓機的實際能耗，起到節能的作用，也是專利技術。
2.2 空壓機系統監控的硬件基礎
北京時代科儀的核心監控設備是監控云終端，能夠兼容各種品牌、不同系列、年份的空壓機，完全自主研發，具有非常完善的專利保護：發明專利兩項，實用新型專利三項。
201210068789.5 一種能源監控系統 發明專利
201220098179.5 一種能源監控系統 實用新型專利
201220098189.9 一種用于能源監控的終端 實用新型專利
時代科儀空壓機能源監控系統實現的主要硬件手段----能源監控云終端
2.3 空壓機系統監控的實施
空壓機監控系統是一個完整的硬件、軟件復合系統，用于企業對空壓機的全面科學管理。是集空壓機數據監控、群組管理、健康管理、能源管理、節能管理為一體的綜合性信息化解決方案。
監控管理軟件界面部分示例圖
空壓機能源監控系統針對企業空壓機的管理問題：當前，空壓機車間的運行由動力部門管理，絕大多數僅以保證生產供氣壓力為運行目標，其運行能耗作為輔助監測對象，缺乏自動的控制管理手段。企業空壓機普遍存在的問題：供氣壓力設置過高、壓力波動范圍大、加卸載頻繁、保養費用高、數據記錄困難、故障處理不及時等等。通過監控系統實現：
※ 全面、安全、可靠的日常管理
※ 直觀、穩定、自動的群組管理
※ 詳盡、節能、有效的能源管理
※ 個性、快速、輕松的健康管理
※ 權威、靈活、簡單的節能管理
時代科儀空壓機能源監控系統的主要功能是：
1、空壓機檔案管理的問題
空壓機及配套系統的額定參數報表：品牌、廠家、額定產氣量、額定壓力、額定功率、額定電流、額定電壓；
空壓機的運行數據的報表：年報表、月報表、日報表及任意一時間段的數據報表，數據包含壓力、流量、溫度、電壓、電流、功率、制氣效率等200多個運行數據；
空壓機的維保狀況報表：如：何時換的油、何時換的濾芯、何時對空壓機進行了什么維護等等；
空壓機異常狀況處理報表：何時數據異常，何人采取了何種手段解決等；
空壓機能效分析及節能策略建議、維保提醒日志、人員的隨即評論及操作日志等報表。
2、空壓機健康管理問題
數據異常或故障報警：當數據出現任何異常時，及時報警、以短信的方式反饋到相關負責人，避免對企業造成大的損失；
維保提醒：需要進行維保前，自動發短信提醒，并自動記錄在系統檔案中。
3、空壓機運行數據實時監測的問題
實時監測空壓機群組（或單臺）運行時的壓力、流量、功耗曲線；流量、溫度、電壓、電流、功率、制氣效率等200多個運行數據。
4、空壓機的能效分析（獨創性）
分析系統和單臺設備的能源消耗規律、時段分析、成分分析等，對比分析各臺設備的能源效率。
5、節能策略建議（獨創性）
內置空壓機節能專家知識庫，自動根據當前及前一段時間的運行狀況給出節能的建議，企業操作人員根據提供的節能策略來操作，有節能的效果。
三、空壓機群控節能方案
在對空壓機群體搭建了監控系統的基礎上，就能夠對各臺空壓機進行人性化的管理，通過實時的評估、統籌運行，發揮最大效能。以下介紹時代科儀空壓機群控系統：
3.1 時代科儀空壓機群控系統的整體架構
系統架構圖(含核心節能設備空壓機節電王)
3.2 時代科儀空壓機群控系統的實施步驟
1、安裝監控云終端，實時監控工作狀態、能效狀態等參數，實現智能管理的基礎；該項工作也為節電量和節電率的預估提供前期數據。
2、在此基礎上建立空壓機管理計算機網絡系統，對壓縮氣體供應狀態、設備狀態、能耗狀況、維保計劃等進行全方位管理。
3、運行過程中，進行自動決策，實現整個系統的經濟運行，并且建立一個詳細的日志系統降低設備運行的故障率，同時具有一個詳細的維保計劃能夠定時提醒維保動作，對于壓縮空氣的供應具有更好的保障。
4、本監控系統既可與企業的綜合監控系統相連接，又可以作為企業綜合監控系統（或能源監控系統）的前期工程，企業可以在此系統的基礎上進一步搭建企業的綜合監控系統（或能源監控系統）。
四、空壓機本體節能利器—空壓機節電王
前述監控和管理系統主要針對空壓機群組，對整體進行合理的管理，實現管理節能。而對于群組里面的各臺空壓機本體，采用國家創新基金研究課題：空壓機節電王，對空壓機本體進行節能。
詳見【產品介紹-空壓機節電王】
五、大型離心空壓機節電王—實現極大的經濟效益
離心空壓機是大、中型企業的主要動力設備之一，用途較為廣泛，同時也是耗電大戶，其運轉成本占企業電力成本的30%以上，在有些企業甚至達到60%左右。時代科儀經過數年的潛心研究和實踐，結合航空、航天技術，推出了離心空壓機節電王。該產品的推出改善了能耗高的問題，能夠顯著降低運行成本，同時還具有提高離心空壓機產能、減少配電需求的作用。
詳見【產品介紹-離心空壓機節電王】
六、空壓機的氣源更換節能---節能型螺桿空壓機
在當今的工業領域，螺桿空壓機由于堅固耐用、便于維護的特性，成為保有量最大的空壓機類型，用途非常廣泛。然而，螺桿空壓機的能源利用率仍然在低位徘徊，輸入給螺桿空壓機的電力只有大約20%轉化為有效的壓縮空氣動力，其余全部轉化為熱。如果將螺桿空壓機自身的效率提高，實現節能型螺桿空壓機，那么將獲得巨大的效益。
詳見【產品介紹-節能型螺桿空壓機】
七、氣體傳輸管路和末梢優化節能
壓縮空氣一經產生，需要經過儲氣罐和管路輸送到使用場合，而在輸送過程中，管路常常存在問題，這些問題增大了能源消耗，造成了無謂的浪費。通過管路和末梢用氣環節優化的節能手段，能夠實現空壓機系統的大幅節能。本章對常見的管路問題進行講解，并對解決方案進行簡單的介紹。
7.1 儲氣罐容量不足
在應用現場中，常常發生的問題是儲氣罐容量不足，由于容量較小，儲能作用較差，氣壓波動大，造成空壓機反復加載和卸載，形成大量的能源浪費。
通過增大儲氣罐，單次卸載時間超過一定時長，那么空壓機的卸載功耗會下降，形成節能效果。
7.2 直角彎頭
管路駁接處的直角彎頭對能效具有很大的破壞作用，其原因：
1、直角彎頭形成氣體沖擊，局部壓力增大，造成空壓機持續運行于高氣壓狀態，且容易卸載。
2、直角彎頭造成流動阻力加大，形成附加的做功點。
對于空壓機輸出口的直角彎頭，嚴重時可空耗0.5bar的壓力，如現場采用6.5bar壓力系統，則直角彎頭的能量損失占到了7%以上，其危害程度可見一斑。
北京時代科儀采用航天技術、流體力學，對管路駁接點進行合理優化，能夠顯著降低能源損耗，該部分損耗幾乎消除。
7.3 管路走向不良
壓縮空氣從統一的儲氣罐送出之后，經過各條管路向用氣環節輸送，高效的輸送形式有單點菊花鏈狀、多點環狀。但是一般的用戶現場因為一次性投資的節省等原因，空氣管路的走向往往不合理，造成壓力損失過大，導致必須供應更高的氣體壓力。例如，一般氣動現場末端氣壓只要大于4.5bar就可以穩定工作，但是由于管路走向不佳，導致空壓機必須供應6.5bar壓力，如果進行管路走向優化，只需要供應5.8bar壓力即可，節能率可以達到10%左右。
7.4 末梢儲能不足
在一條生產線中，有不同類型的用氣環節，例如：
1、持續用氣環節，例如氣動馬達（手持式磨削機）等，要求壓力持續可靠；
2、小規模脈沖式用氣環節，例如氣動螺絲刀、氣動活塞等，要求壓力持續可靠；
3、大規模脈沖式用氣環節，例如氣除灰、噴吹設備等，要求儲能量大；
4、敞口用氣環節，例如玻璃冷卻、吹掃環節等，要求流量大，對壓力無明確要求。
由于上述各種用氣環節常常共存于同一段管道上，脈沖用氣設備需要瞬時較大的氣體供應，它們勢必拉低管路氣壓，導致持續用氣環節得不到充足的氣壓，這就要求供氣端供應更大的氣壓，從而導致空壓機能耗大幅度增大。
北京時代科儀通過氣壓、氣流偵測，在準確位置部署儲氣罐，增大局部儲能量，改善局部氣壓，使得整體供氣壓力下降，實現了較好的節能效果。
7.5 采取分壓供氣
在部分領域，廠內壓縮空氣的供應需求分為幾種，如前面章節所述。例如，儀表供氣末端需要4.5bar壓力，要求空壓機供應6bar壓力，而吹掃和冷卻用氣只需要流量，對于壓力只要高于2bar就會很好，那么，如果全廠統一供應6bar壓力，就會導致大量的浪費。北京時代科儀在這個領域具有較好的經驗，通過專家進場檢測，合理設計分壓供氣回路，實現大幅度節能。部分現場甚至節能50%以上。
7.6 氣體部件更換和漏點偵測
空壓機系統是一個持續運行的整體，各個氣體部件和接頭在長期運行過程中，都可能出現性能下降、漏氣等不良現象，通過時代科儀專家的進駐，對企業的各個用氣點進行檢測，找到其中效率較低的環節，并進行更換，實現最大程度的節能。
八、空壓機余熱利用節能
壓縮空氣的產生過程是較為復雜的，在氣體壓縮的過程中，發熱程度較高，常達到100攝氏度以上，空壓機消耗的電能只有約20%轉換為壓縮空氣動力，其余80%皆轉換為熱量。故空壓機的余熱利用價值常常較高。在此，對北京時代科儀在空壓機在余熱利用方面的經驗進行簡單的介紹。
8.1 空壓機余熱制熱水
使用空壓機運行過程中的熱油、熱空氣進行換熱，將熱量傳遞到軟水介質中，然后再將軟水介質的熱量再次換熱，傳遞到用戶所用的熱水中，雙級換熱，實現余熱的利用。
這種余熱利用方式主要針對具有較多空壓機、且具有較多熱水需求的場合。
例如：
南方的各家企業，具有空壓機長期運行，并且員工宿舍需要洗浴熱水；
煤礦，具有大量空壓機運行，并且工人洗浴熱水量較大。
8.2 空壓機余熱制冷
使用空壓機運行過程中的熱能，產生高溫熱水，然后使用高溫熱水作為熱源，驅動溴化鋰機組制冷，能夠產生冷凍水供應生產環節。例如：
制藥企業，利用離心空壓機的余熱，產生90攝氏度熱水，驅動溴化鋰機組制冷，彌補冷凍水的不足，大幅降低制冷壓縮機的使用率，節能效果顯著。
電子企業，利用空壓機的余熱，產生95攝氏度熱水，驅動溴化鋰制冷，產生的冷凍水供應企業生產車間空調和生產線。
九、空壓機附屬干燥機節能
在化工等場合，對壓縮空氣的含水率要求較高，因此采用冷干機或者吸干機來對壓縮后的空氣進行干燥處理，同時也會帶來附加的能源消耗。北京時代科儀對此進行了一定的研究，并提出和實施解決方案。
9.1 冷干機聯動
在部分現場，冷干機常年運行，運行方式較為粗放。時代科儀通過一套專家系統，評估壓縮空氣的濕度（露點），并對冷干機進行聯動，實現較好的節電效果。
9.2 吸干機優化
一般的吸附式干燥機具有兩種能耗：
1、對壓縮空氣的損耗；
2、再生加熱的用電損耗；
在部分現場，吸干機的損耗較大，北京時代科儀采用的手段是經過優化的吸干機，能夠大幅度降低耗氣量和耗電量，消除無謂的損耗，實現節能。
9.3 智能疏水閥
在較多的現場，為了實現排水，疏水閥都沒有經過仔細的控制，長期開啟，存在持續的泄漏，此種工作方式能耗很高，看似不大的一個泄漏，由于空壓機的產氣效率本身就不高，壓縮空氣比較寶貴，所以引起的耗電量是相當驚人的。通過時代科儀的智能疏水閥控制，使得疏水閥的開啟時間大幅縮短（縮短了90%），杜絕了持續的泄漏，此技術的投資回收期非常短。
后 記
北京時代科儀新能源科技有限公司是一家致力于企業綜合節能的企業，獲得國家級高新技術企業認證，國家雙軟企業認證，發改委備案的節能服務公司。
北京時代科儀新能源科技有限公司在空壓機節能領域承擔了國家創新基金研發課題，并通過6年的時間，對空壓機節能領域進行了深入的研究和實踐，獲得了一些成績。目前，時代科儀的研究和實施重點方向是空壓機系統整體節能。
本文是對空壓機節能方案的一個小結，希望能夠起到拋磚引玉的作用，為企業提供參考，帶來更多的節能效果。
