节能型压缩空气系统的设计与应用

彭小龙

（珠海市龙神有限公司）

能源是人类活动的物质基础，是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。能源种类繁多，而且还在不断的开发与研究。然而，近半个世纪以来，工业经济迅猛发展，能源问题日益凸显。能源匮乏，使用率低下，同时对人类赖以生存的环境造成了严重威胁；为了推进全社会节约能源，提高能源利用效率和经济效益，保护环境，保障国民经济和社会的发展，满足人民能源日常生活及工作的需要，于1997年11月1日第八届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议通过，制定了中华人民共和国节约能源法，自1998年1月1日起施行。要求各省，自治区、直辖市人民政府加强节能工作，合理调整产业结构，企业结构，产品结构和能源消费结构，推进节能技术进步，降低单位产值能耗和单位能耗，改善能源的开发，加工转换，输送和供应，逐步提高能源利用效率，促进国民经济向节能型发展。

由于科学技术的进步，自节能法实施以来，在国家政府的大力支持及监管的情况下，大量节能设备，工具及方案都相继产生和实施。广大人民节能意识也逐步提高，基本上能做到能耗最小，但是各种由于其它能源转化而成的能源并没有引起人们的意识和重视，本文就以电能带动空压机运转产生压缩空气从而作为生产的动力源，气动工具、设备及加工能耗成本作一个简单的浅析，希望能引起各企事业单位及政府部门的重视，及时采取有效措施，来杜绝浪费和降低能耗。

一、压缩空气的应用

压缩空气是仅次于电力的第二大动力源，其应用范围遍及石油，化工、冶金、电力、机械、工程、采矿、房地产、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防，科研等行业和部门。几乎所有生产，加工和工程都需要应用压缩空气。其主要用于控制阀门的开启，关闭、机器设备的提升，移动、试验设备机床，工具或刀具的进给，装配机械和机床中夹、模具的夹紧及固定，零件和材料的输送、焊接、喷漆、气动机器人，自动测量，气动工具的运转等。压缩空气应用非常广泛，但是真正认识和了解压缩空气的特性，以及压缩空气对气动设备、工具和工作人员的影响的人并不多，很多人只是把它简单地看作是一种动力源，但对压缩空气的压力、流量、水份（水雾、水蒸气、凝结冰）、油（油污、油蒸气）和各种固体杂质、杂味等对设备、工具、产品及施工人员影响了解甚少。在此仅就压力，流量因压缩机房配置不合理及输送管道、软管接头等泄漏造成的能量损耗问题，做简单阐述。

二、压缩空气应用效率及损耗估算

压缩空气应用非常广泛，但是效率非常低，由于气管路连接件泄漏损失，人为损失、管理损失等原因，据权威资料统计，压缩空气利用率只有50%。

1、产生压缩空气的电能能耗计算

在标准状况下：一台10HP的空压机在10bar压力下，每分钟所产生的压缩空气体积是1.0m³/分钟，也就是说，一台10HP的空压机每小时的产气量为60 m³/小时，所耗电能为7.5Kw,即7.5度电。目前工业用电平均价格为1.2元/度，所以每产生1m³的压缩空气所耗电能为0.125度,因此每生产或消耗1 m³的压缩空气所需人民币0.125×1.2=0.15元。

2、压缩空气泄漏参数表

上表表明：在标准状况下，当漏气口径为1 mm时，每小时漏气量为4.25 m^3，消耗电能为0.37度。

3、汽车维修企业压缩空气损耗计算

据中国汽车维修协会统计数据显示，目前全国汽车维修企业34.5万家，平均每家维修企业的工作岗位为20个，用气点为40个，保守数据表明约为20%的用气点在漏气，

也就是说，每个企业约有8_~10个漏气点，我们就按每个厂8个漏气点计算，即每天有34.5万×8=288万个用气点在漏气。

由于经营管理者意识及管理手段，大量漏气点在泄漏，一进入各工厂或修理厂，都可以听到漏气的声音，有的仍致可以看到漏气的现象，久而久之，各漏气点的漏气量越来越大，我们可分别按漏气口径为0.4 mm和1.0 mm来计算漏气量。

漏气口径为0.4 mm：每小时漏气为0.68 m3/h，所耗电能为0.06度，金额为0.06×1.2=0.072元/小时；

按每天8小时算：8×0.072=0.576元/天；

按每月工作26天计算：26×0.576=14.976元/月；

则：一个漏气口径为0.4mm的漏气点，一年所损耗的资金为：12×14.976=179.712元/年；

全国共有2880000×179.712元=51757万元/年，约52亿元；依次类推，

漏气口径为1mm时；每小时漏气量为4.25 m3/h，所耗电能为0.37度，金额为0.37×1.2=0.444元/小时;

按上述计算过程，一个漏气口径为1mm的漏气点，一年所损耗的资金为319104万元/年，约320亿元。

4、实地考察计算漏气损耗

以上仅仅是汽车维修企业由于漏气造成的损失，它与工业厂家，制造业相比，所占的比例相当小，他们的用气量及损耗量大得多，诸如：汽车制造厂，船艇制造及维修，家电、家私及电子产品生产厂家等。

我们曾经考察过一个小型汽车生产厂，其中一个磨灰和喷涂车间，其用气点400多个，几乎是50%的点在漏气，有些漏气口径还较大，我们与此车间主任，工艺工程师及厂领导在现场计算，其结果如下：

此车间年损失金额为：400×50%×1×4.25×0.15×10×26×12=397800元≈40万

即本车间每年就漏气所造成的电费损失近40万元，还有因漏气引起气压不稳，气流量不够以及压缩空气品质达不到要求而引起的设备，工具损耗，不良品质产品的返工工时，耗材及报废等，无法估算。

三、造成漏气的原因

以上数据表明，因漏气所造成的损失非常巨大和可怕，就汽车维修行业每年损失金额可以建3200所希望小学，相当于743万吨钢材，相当于640万吨石油。所以我们必须尽力减少漏气，将损失降到最低，其漏气的真正原因，分析如下：

1〉、设备配置不合理

空压机压力设置太大，其储气罐耐压偏低，管道连接件的耐压不够等；

2〉、机房安装连接不合理

空压机与储气罐之间采用硬性连接，长时间运作后，必然会有漏气现象；

3〉、输送管道直径不匹配

没有专业人员设计，安装压缩空气输送管道，大多数是由土建工程公司凭经验和想象安装，没有精确计算，造成压力损失大，流量不够，另外在安装时无法试气。

4〉、管道的选材，合理的布局

大多数厂家对压缩空气管道一无所知，其耐压性，耐候性、抗油性、泄漏性、伸缩性等都不了解，造成压缩空气输送管道氧化生锈，漏气、变形，老化变脆等等，在安装布局时也非常不合理，造成压力损耗大，流量损失快，前端工作岗勉强可以工作，后端工位无法正常工作等。

5〉、员工素质低

有很多企业员工基本素质偏低，部分员工有意破坏压缩空气供应系统，造成人为的损失。

6〉、管理不善

没有设置专人负责设备的维护、保养，出现泄漏时不能及时更换或采取相应的措施，片面追求低的投入成本，选取不专业的施工单位，采购低廉的非专业压缩空气供应系统及输送管道，造成运作成本高。

总之，压缩空气供应系统没有引起大家的注意，大家知道空气在泄漏，但不知道泄漏的是能量，泄漏的是金钱，无形之中提高了企业的运作成本，也就缩小了企业的利润空间，严重影响公司企业的稳步发展，所以我们在选择使用动力源时压缩空气必须系统考虑，由专业公司设计，安装、保障正常运作。

四、如何合理规划压缩空气供应系统

压缩空气供应系统主要包括空压机房和输送管道，还有部分连接软管及连接件组成。

1、空压机房

a、空压机是整个压缩空气供应系统的心脏，是设备，工具、用气量及气压的保证，必须具有足够的产气量和一定的压力，才能保证设备、工具的正常运转，所以空压机的选型必须依据各企业的用量和压力要求而定。

耗气量 = 各类工具的耗气量×各类工具数量之和

经验公式：10Hp/10bar≈1m³ 即：功率≈耗气量m³×压力（bar）

空压机功率过小，无法保证企业的正常运转，而且会因压力和流量不足而寻导致误工，返工、仍致报废等；空压机功率过大， 会造成压缩机利用率不高，投入成本高，使用价值低，形成浪费。目前各生产企业使用的空压机基本上是活塞机和螺杆机，我们建议最好使用螺杆机。

b、储气罐

用于储存一定体积的压缩空气，它具有降温排水作用，储存作用、恒压稳流，避免空压机的频繁启动（活塞机）。储气罐的选型必须依据各企业的用量和压力要求而定,其耐压值必须大于空压机的压力，其体积的选型应遵循3：1的原则，即空压机的产气量∶储气罐容积=3∶1 。

c、水分离器

自然空气经过空压机变成高压气体时，温度升高，空气中的水分都是以汽态水的形式存在，当流经储气罐及部分管道时，温度降低有部分汽态水会变成液态水与压缩空气并存，当