空压机的应用与压空系统节能分析

刘姝玮

摘要：本文對空压机选型及其工程应用耗能现状进行了介绍，并探讨了空压机本体调节方法、压空系统节能技术和节能评估的内容，以期为今后空压机的工程应用提供更加优化和节能的设计思路。

关键词：空压机;节能技术;节能评估

空气压缩机通过电动机输入电能转化为机械能把吸入空气压缩后输出，产出气体经后处理以后为各行业工厂气动阀门或其它气动元件提供气源，或作为吹扫或输送介质使用。空压机整个设备生命周期使用费包括前期购置成本和安装调试费，使用过程中电能消耗成本，定期维护检修费等，其中电能消耗费约占全部使用费的80%，降低空压机使用的电能消耗有很大的节能空间和节能价值。

一、空压机选型

工程领域应用的空压机常用类型有活塞式空压机、离心式空压机和螺杆式空压机，可根据用户用气量，用气压力和用气特点选择适宜不同应用范围的空压机。活塞式空压机供气压力最高可达350MPa，但噪音大;离心式空压机占地小、使用寿命长，但排气压力低、成本高、不宜频繁启停;螺杆式空压机气量调节范围广，排气压力不能超过3MPa，在该压力范围内除对用气品质有超严格的要求外，一般工业厂房多选用螺杆式空气压缩机。根据用户用气品质要求，压空系统还需选配相应等级的除油器、干燥机、过滤器和为保持供气平稳的缓冲罐和储气罐。

二、空压机应用现状

通常使用空气压缩机的企业，其设备耗电量占企业整体耗电量的比重很大，

大多数企业一般都会依据最大负荷参数来明确设备规格，并且通常都会考虑很大的安全富裕系数^[1]。而在空压机平时运行过程中，设备通常都未在最佳效率且满负荷情况下运行，若空压机负荷值在0.6～0.7间或随着用户用气流程空压系统需减载或停机过程中均为非额定工况运行，与之配套的是传统固定转速压缩机，在如此低负荷状态下运行，所产生的能效会明显降低。

空气经压缩机压缩后压力和温度都会升高，但用户一般不允许压缩空气供气温度太高，在空压机压缩完成后都要经过后冷却器将产品空气定压冷却至适宜的温度。排气量小的空压机多通过空气流通带走空气压缩升温产生的热量，而排气量大的空压机多采用水冷，冷却水在室外冷却塔循环散热对空气压缩后升温的气体降温，造成能源的浪费，因此探究空压机工程应用的节能方案势在必行。

三、空压机本体调节

本文以螺杆式空压机为例，简述空压机设备本体排气量的有效调节方式。螺杆空压机是一种容积式的压缩机，其主要是利用阴阳转子和壳体所产生的容积变化来对气体进行压缩^[2]。基于螺杆式空压机的工作原理有以下几种排气量的调节方式：变转速调节、停转调节、进气节流调节、停止吸入调节、进、排气管道连通调节、空转调节、滑阀调节。考虑各调节方式的优缺点和调节经济性，本文简述螺杆式空压机常用的滑阀调节和停转调节的工作原理和特点，活塞式和离心式空压机也有与其结构特点相适应的调节方式，工程设计时应结合用户的用气特点提出合理的设备请购技术要求。

（一） 滑阀调节

滑阀调节是利用滑动调节阀来减少有效的螺杆轴向长度，进而起到调节排气量的作用，螺杆齿间容积随着滑动调节阀在气缸轴线方向的平行来回移动发生变化，调节吸入和回流气体的气量。滑阀调节范围广，在10%～100%范围内可实现自动无级调节，尤其在50%～100%气量调节范围内，压缩机排气量的减少将成比例地降低原动机的消耗功率，滑阀调节有很好的经济性。

（二） 停转调节

在系统压力已调至客户所设上限的情况下，压缩机便会自动停机，伴随客户的用气量，系统压力会逐渐降低，在到达最低下限的时候，空压机会自动重新启机，这种方式比较适合工况变化较大的用户使用，但是如果经常反复启动一定会对空压机使用寿命产生影响，同时也会对电网产生冲击^[3]。

四、压空系统的节能方式

（一） 调速变频节能技术

结合客户不断变化的用气需求量，利用压力传感调速装置来调控空压机转速，由此完成气量调节，不同转速下空压机中气体的热力过程基本相似。将自动控制系统与空压机连锁，及时响应，排气量减小时空压机功率也随之降低。这种方式的工作效率非常高，调节范围也较大，同时还可以保证供气压力的安全性。由此可以有效解决以往空压机启动控制的非经济性运行，防止对电网产生冲击，对电机和空压机部件起到保护作用。

（二） 余热回收节能技术

由于空压机在其运行时用于增强空气压力势能所消耗的电能仅占总耗电量的较少部分，大部分耗电转变成热能，利用风冷和水冷的形式排放至空气当中^[4]。当空压站规模较大时，其散热排放损失也非常可观，利用余热回收技术节能所产生的效果会非常突出，而回报周期又非常短，回收的热量主要用于锅炉补水、冬季供暖、工人洗浴和工艺用水等，该技术具备经济性、可循环性、环保性等优点。

（三） 管路优化节能技术

现时期在工程应用中选用的压空管路包含碳钢管路和不锈钢管路，应用碳钢管路的初期成本投资较低，但使用一段时间后会产生锈蚀或是泄露的情况，管路内锈蚀不但会增大压缩空气阻力，增加压降，同时还会对空气质量产生影响，而不锈钢管道尽管初期会投入较高成本，但从长远来分析，不会产生锈蚀的情况，如此能够保证生产安全性。

（四） 空压机系统节能评估

压空系统将设备本体调节与用户末端用气情况自控连锁，提高控制逻辑和设备响应的精准度，可对压空系统建立不同程度的节能评估，促进压空系统设计和运行方式的不断优化。

1、 Intellisurvey评估法

Intellisurvey评估是在客户空压机中收集压力、电流数据，在数据采集完成后对数据进行分析，由此为客户出示评估报告，报告包含用户现时期空压机运行情况、系统节能空间情况、可行节能措施等^[5]。

2、供气端评估法

供气端评估的内容除包含Intellisurvey评估还包含了空压机后处理设备，由于空压机所形成的压缩空气必定要经过处理设备进行净化处理以后，才可以输送至用气端，在此情况下，后处理设备是不是存在浪费和泄漏问题，会对运行形成直接影响，如经过评估后发现后处理压降会增大或是泄漏问题，须及时采取科学合理的方法来处理。

3、 空气系统的全面评估

这种评估方式主要是在供气端评估的前提下，还须结合用气端评估来实施，经过系统的全面评估后为压空用户呈现全企业空气管路泄漏及管路的设计是否合理规范等信息，同时，还可为用户提供有效解决空气系统问题的对策和方案。

五、结语：

随着时代的快速发展，人们对能源的需求不断增高，我国能源出现短缺现象，而空压机工程项目存在一定的节能空间，工程设计或改造时采用空压机的多种节能利用技术与我国现阶段节能降耗的总体发展战略相符，在为企业获得经济效益的同时还取得了社会效益。

参考文献：

[1]相宇，苟义昌.空压机智能节能技术应用现状与浅析[J].化工管理，2018（31）：144-145.

[2]王蒙，张智勇.空压机的变频节能改造措施研究[J].内燃机与配件，2018（11）：74-75.

[3]成强，周静.双级压缩技术在节能改造中的应用[J].上海节能，2018（04）：252-254.

[4]宋君君.PLC和变频器在空压机节能改造中的应用[J].电子技术与软件工程，2015（08）：169.

[5]白德龙，陈韵竹，陈江华.试析空压机节能方法[J].无线互联科技，2016（18）：98-99.