【壓縮機網】摘要：壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，空壓機目前己經成為重要的工業設備, 在各大工業企業中成為主要的動力源, 擔負著工廠設備健康運行的重擔。本文對現有空壓系統進行分析診斷后，通過查閱資料、現場調研等，建立高效空壓機房理論模型，為提高空壓系統效率提供理論依據和實踐案例。
文/張偉科 伍世江 梁劍鋒 區海宇 范一格
<接上期——>
6 空壓機機型的合理配置
空壓機作為空壓系統的核心設備，其機型配置的合理性決定了系統能效水平的上限。在空壓機選型時，要注意選擇比功率值低的節能型空壓機，空壓機能效水平以比功率值為判定依據，比功率值越低則能效水平更高。根據統計，設備生命周期的全部費用中，能源費用是占了極大部分的。以某國際品牌的1000kW離心機為例：初始采購費190萬元、年度運行費560萬元、年度維護費13.3萬元。按運行時間8000h/年、電費0.7元/kwh計算：十年總額為5923萬元，其中，采購費：運行費：維護費=3.21：94.55：2.25。所以，選用高效的壓縮機尤為關鍵
離心空壓機和螺桿空壓機是目前使用最廣泛的機型。我廠當前使用的螺桿空壓機主要有40立方和80立方兩種，離心機是110立方的。根據各空壓機廠家的信息顯示，機組的實際比功率大小跟具體品牌和配置等參數有關，但大致可以了解到目前這兩種機型（離心機和螺桿機）比功率隨排氣量的變化趨勢：排氣量小于60立方，螺桿機占優，60～80立方這個區間兩者相對接近，在排氣量大于80立方，離心機占優。在新增設備和日常運行設備時應考慮設備的運行最優狀態來組合。如圖5。
離心機的比功率（kW/（m3/min））一般為5.0～5.3，多數為5.1左右，且由于是無油系統，過濾級數可比噴油螺桿機大大減少，因此壓差也可相應減少約0.5bar。而根據GB19153《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，以250kW的噴油螺桿機（額定壓力0.7MPa）為例，一、二、三級能效的比功率分別為5.3、5.8、6.4。
兩級壓縮螺桿空壓機是近年市面上比較熱門的高效節能產品，一般來說，兩級壓縮空壓機可達到二級甚至一級能效，而單級壓縮空壓機只能達到三級或二級能效。依照每臺每年運行8000小時計算，兩級螺桿空壓機每年可節省電費約20萬元。
離心機的設計年限一般可達20年，定期保養一般僅限于過濾器、冷卻器（視水質而定）等工作, 年平均保養成本約占新機價格的2%，按100m3/min的產氣量，每年保養費用比螺桿機少2～3萬。從使用成本上來看，生產等量壓縮空氣的情況下，離心機每年大約可比螺桿機節約電力10萬kWh左右。
當前汽車行業大流量空壓機普遍選用離心機，小流量則選用螺桿機，而且后期增加的大部分都是大流量的離心機，選用品牌以國際知名品牌為主。離心空壓機具有出氣量大、工作持續穩定的特點。但在低負荷運行過程中存在喘振現象（生產用氣負荷低于70%時）對生產工藝的用氣量有一定的要求。所以實際使用時宜采用離心機和螺桿機組合運行，保證大部分時間工廠的供氣量，避免系統因為氣量調節不到而產生加卸載。能耗低的作備機，當需要保養時可啟用備機。
一級能效空壓機比二級和三級的同類產品分別節能15%和30%左右。因此在條件允許的情況下應該優先考慮選用能效高的空壓機，并淘汰能效低的空壓機。
除了選擇高效的設備外，還要注重空壓機額定產氣量的合理搭配。在工廠實際生產過程中，生產情況的變化必定對壓縮空氣的需求量產生波動。以我廠壓縮空氣需求范圍為300～500m3/min時為例，如全部開啟螺桿機，則開啟的臺數較多導致用電量增加，如全部開啟離心機，機器在負荷變化明顯時容易喘振。此時宜采用離心機和螺桿機組合運行，這種配置下，可保證離心機長時間穩定滿負荷運行，效率較高，同時利用螺桿機的調節作用，可滿足多種工況條件。比較合理的空壓機選擇可以是配置3臺110的離心機、2臺80和1臺40的螺桿機，且其中1臺40的螺桿機選用變頻空壓機，這樣可以最大程度地適應實際的需求。當然，理想的壓縮空氣站配置應實現多段式供氣范圍，可以更好地匹配企業生產過程中不同工況的壓縮空氣需求。
影響氣量選擇的因素比較多，故一般是按所有用氣設備的氣量總和再加上15%或以上的裕量。但根據車間設備的使用情況，間斷還是連續用氣，高峰和低谷氣量也會有很大的變化，需要配合智控系統及時對空壓機進行調度，使效率最佳。
7 供氣管路合理布置
多臺空壓機應布置在一個壓縮空氣站內時, 供氣管路需形成一個環形管網, 避免出現就近設置多個小型空壓機系統的情況。壓縮空氣的環形管網能實現各空壓機供氣量的融合和調度。在壓縮空氣需求量降低的工況下, 可減少空壓機的開啟臺數, 有效的提高了空壓機系統的運行效率。壓縮空氣后處理設備間的管道連接及集氣管的安裝, 除設備和閥門要采用螺紋或法蘭連接外, 其余均需采用焊接方式連接。焊接方式連接比較可靠、密封性好, 可以有效地避免后期使用過程中管道的泄漏。通往各車間供氣管道的管徑要大于車間的管道管徑, 雖然管徑加大會增加投資, 但可以減少輸氣壓力的損失, 使各用氣設備能夠得到較為均勻的氣源壓力, 同時又使系統有較大的容積, 有利于更經濟地控制空壓機的運行。因此, 從經濟效益考慮, 加大集氣管管徑比加大儲氣罐容量更為經濟。
8 關于高效空壓機房的幾點思考
團隊經過近幾年的項目改造及對其它優秀項目的考察后，得出幾點經驗和思考，在此進行歸納，僅供參考，如表2。
以上為團隊在推進高效空壓機房建設中的經驗心得，目前只完成了部分措施，應更好地匹配末端的氣量使用需求，減少不必要的浪費才能使整體系統效率最大化，同時在推進建設的過程中進一步完善高效空壓機房模型，如圖6。
結語
高效空壓站房的建設要準確把握需求，除了提升機組比功率值以外, 還應結合能管平臺、干燥機、過濾器、排水器、儲氣罐、供氣管網、能量回收等系統組成部分對整個空壓站房系統進行綜合改造。空壓機機組能效等級、空壓站機型配置合理性、干燥機壓縮空氣消耗量、供氣管網布置、壓縮空氣泄漏情況、管理系統優化、能量回收等都將對空壓機系統實際運行能效水平產生重大影響。沿著建設高效空壓站房的思路能夠幫助發現空壓機系統的不足和節能潛力，逐步實現機房運行的遠程化、自動化、數字化、平臺化、智能化，運行人員及能效的高效化。
在后續的工作中，我們會繼續引入合適的新技術、新工藝，用先進的管理手段推進建設高效空壓機房。
<本文連載完！>
參考文獻
[1] 漢隆( Hanlon Paul C.）, 郝點. 壓縮機手冊[M]. 北京: 中國石化出版社, 2003.
[2] 張學學. 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.
[3] 蔡茂林, 石巖, 許未晴等. 壓縮空氣系統節能技術實用手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2019.
來源：本站原創
文/張偉科 伍世江 梁劍鋒 區海宇 范一格
<接上期——>
6 空壓機機型的合理配置
空壓機作為空壓系統的核心設備，其機型配置的合理性決定了系統能效水平的上限。在空壓機選型時，要注意選擇比功率值低的節能型空壓機，空壓機能效水平以比功率值為判定依據，比功率值越低則能效水平更高。根據統計，設備生命周期的全部費用中，能源費用是占了極大部分的。以某國際品牌的1000kW離心機為例：初始采購費190萬元、年度運行費560萬元、年度維護費13.3萬元。按運行時間8000h/年、電費0.7元/kwh計算：十年總額為5923萬元，其中，采購費：運行費：維護費=3.21：94.55：2.25。所以，選用高效的壓縮機尤為關鍵
離心空壓機和螺桿空壓機是目前使用最廣泛的機型。我廠當前使用的螺桿空壓機主要有40立方和80立方兩種，離心機是110立方的。根據各空壓機廠家的信息顯示，機組的實際比功率大小跟具體品牌和配置等參數有關，但大致可以了解到目前這兩種機型（離心機和螺桿機）比功率隨排氣量的變化趨勢：排氣量小于60立方，螺桿機占優，60～80立方這個區間兩者相對接近，在排氣量大于80立方，離心機占優。在新增設備和日常運行設備時應考慮設備的運行最優狀態來組合。如圖5。
離心機的比功率（kW/（m3/min））一般為5.0～5.3，多數為5.1左右，且由于是無油系統，過濾級數可比噴油螺桿機大大減少，因此壓差也可相應減少約0.5bar。而根據GB19153《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，以250kW的噴油螺桿機（額定壓力0.7MPa）為例，一、二、三級能效的比功率分別為5.3、5.8、6.4。
兩級壓縮螺桿空壓機是近年市面上比較熱門的高效節能產品，一般來說，兩級壓縮空壓機可達到二級甚至一級能效，而單級壓縮空壓機只能達到三級或二級能效。依照每臺每年運行8000小時計算，兩級螺桿空壓機每年可節省電費約20萬元。
離心機的設計年限一般可達20年，定期保養一般僅限于過濾器、冷卻器（視水質而定）等工作, 年平均保養成本約占新機價格的2%，按100m3/min的產氣量，每年保養費用比螺桿機少2～3萬。從使用成本上來看，生產等量壓縮空氣的情況下，離心機每年大約可比螺桿機節約電力10萬kWh左右。
當前汽車行業大流量空壓機普遍選用離心機，小流量則選用螺桿機，而且后期增加的大部分都是大流量的離心機，選用品牌以國際知名品牌為主。離心空壓機具有出氣量大、工作持續穩定的特點。但在低負荷運行過程中存在喘振現象（生產用氣負荷低于70%時）對生產工藝的用氣量有一定的要求。所以實際使用時宜采用離心機和螺桿機組合運行，保證大部分時間工廠的供氣量，避免系統因為氣量調節不到而產生加卸載。能耗低的作備機，當需要保養時可啟用備機。
一級能效空壓機比二級和三級的同類產品分別節能15%和30%左右。因此在條件允許的情況下應該優先考慮選用能效高的空壓機，并淘汰能效低的空壓機。
除了選擇高效的設備外，還要注重空壓機額定產氣量的合理搭配。在工廠實際生產過程中，生產情況的變化必定對壓縮空氣的需求量產生波動。以我廠壓縮空氣需求范圍為300～500m3/min時為例，如全部開啟螺桿機，則開啟的臺數較多導致用電量增加，如全部開啟離心機，機器在負荷變化明顯時容易喘振。此時宜采用離心機和螺桿機組合運行，這種配置下，可保證離心機長時間穩定滿負荷運行，效率較高，同時利用螺桿機的調節作用，可滿足多種工況條件。比較合理的空壓機選擇可以是配置3臺110的離心機、2臺80和1臺40的螺桿機，且其中1臺40的螺桿機選用變頻空壓機，這樣可以最大程度地適應實際的需求。當然，理想的壓縮空氣站配置應實現多段式供氣范圍，可以更好地匹配企業生產過程中不同工況的壓縮空氣需求。
影響氣量選擇的因素比較多，故一般是按所有用氣設備的氣量總和再加上15%或以上的裕量。但根據車間設備的使用情況，間斷還是連續用氣，高峰和低谷氣量也會有很大的變化，需要配合智控系統及時對空壓機進行調度，使效率最佳。
7 供氣管路合理布置
多臺空壓機應布置在一個壓縮空氣站內時, 供氣管路需形成一個環形管網, 避免出現就近設置多個小型空壓機系統的情況。壓縮空氣的環形管網能實現各空壓機供氣量的融合和調度。在壓縮空氣需求量降低的工況下, 可減少空壓機的開啟臺數, 有效的提高了空壓機系統的運行效率。壓縮空氣后處理設備間的管道連接及集氣管的安裝, 除設備和閥門要采用螺紋或法蘭連接外, 其余均需采用焊接方式連接。焊接方式連接比較可靠、密封性好, 可以有效地避免后期使用過程中管道的泄漏。通往各車間供氣管道的管徑要大于車間的管道管徑, 雖然管徑加大會增加投資, 但可以減少輸氣壓力的損失, 使各用氣設備能夠得到較為均勻的氣源壓力, 同時又使系統有較大的容積, 有利于更經濟地控制空壓機的運行。因此, 從經濟效益考慮, 加大集氣管管徑比加大儲氣罐容量更為經濟。
8 關于高效空壓機房的幾點思考
團隊經過近幾年的項目改造及對其它優秀項目的考察后，得出幾點經驗和思考，在此進行歸納，僅供參考，如表2。
以上為團隊在推進高效空壓機房建設中的經驗心得，目前只完成了部分措施，應更好地匹配末端的氣量使用需求，減少不必要的浪費才能使整體系統效率最大化，同時在推進建設的過程中進一步完善高效空壓機房模型，如圖6。
結語
高效空壓站房的建設要準確把握需求，除了提升機組比功率值以外, 還應結合能管平臺、干燥機、過濾器、排水器、儲氣罐、供氣管網、能量回收等系統組成部分對整個空壓站房系統進行綜合改造。空壓機機組能效等級、空壓站機型配置合理性、干燥機壓縮空氣消耗量、供氣管網布置、壓縮空氣泄漏情況、管理系統優化、能量回收等都將對空壓機系統實際運行能效水平產生重大影響。沿著建設高效空壓站房的思路能夠幫助發現空壓機系統的不足和節能潛力，逐步實現機房運行的遠程化、自動化、數字化、平臺化、智能化，運行人員及能效的高效化。
在后續的工作中，我們會繼續引入合適的新技術、新工藝，用先進的管理手段推進建設高效空壓機房。
<本文連載完！>
參考文獻
[1] 漢隆( Hanlon Paul C.）, 郝點. 壓縮機手冊[M]. 北京: 中國石化出版社, 2003.
[2] 張學學. 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.
[3] 蔡茂林, 石巖, 許未晴等. 壓縮空氣系統節能技術實用手冊[M]. 北京: 機械工業出版社, 2019.
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