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TECHNIQUE

压缩空气系统选型对节能影响分析

   一、压缩空气系统的定义

  压缩空气的产生和运用不是单一空压机就能实现的,而是由压缩空气系统来实现。
  典型的压缩空气系统由下列几部分组成:空气压缩机、(可能有冷却器)、储气罐、干燥机(冷冻式或吸附式)、过滤器(包括油水分离器、预、除油过滤器、除臭过滤器、灭菌过滤器等等)、稳压储气罐、自动排水排污器及输气管道、管路阀件、控制仪表、气动工具、气动动力机械、使用压缩空气的工艺流程等。(见图1)
  上述设备根据用户的不同需要,选配不同的压缩空气系统设备组成完整的压缩空气系统。压缩空气系统评价应考虑压缩空气生产、净化、储存和输送、使用各个环节。客户购买和使用的是压缩空气,不是空压机,也不是干燥器或过滤器,而是压缩空气系统。
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  二、压缩空气系统的目的
  客户购买和使用压缩空气系统的目的很明确:用来“赚钱”。压缩空气系统是挣钱工具,也可能是赔钱工具。因此,客户购买和使用压缩空气时的初衷并不是首先要“省钱”。“节能”对于供需双方在没有达成压缩空气“赚钱”共识之前是没有意义的。
  要想压缩空气赚钱,首先要满足客户对压缩空气的需求,因此压缩空气系统选型显得尤为重要。压缩空气系统选型九步原则(见图2)能够科学地、系统地满足客户购买和使用压缩空气赚钱的愿望。
  在压缩空气系统选型前八个步骤完成后,客户才有可能挣钱。所以为了客户不赔钱,压缩空气系统选型前八步骤是一定要走的。这时,为了挣更多的钱,压缩空气系统选型才能进入第九步:节能。
压缩空气系统选型对节能影响分析
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  三、压缩空气节能的意义
  时代推动产品升级换代,而好的产品引领时代的发展。压缩空气助推现代工业的发展,已经成为不可缺少的第四大能源系统,因此,压缩空气的品质与节能,越来越受到客户的关注,也是我们帮助客户选型的关键。单一选择高精度的净化设备或节能空压机都不能充分满足客户的需求。而为客户量身定做的压缩空气系统品质与节能才是供需双方成功合作的前提。
  十九大报告阐述的新时代、新征程、新变化,即中国社会的主要矛盾发生了变化,由过去落后的生产力与人民群众日益增长的物质文化需要之间的矛盾,转化为人民日益增长的美好生活需要和发展不平衡不充分之间的矛盾,这一阐述非常明确。
  对于十九大报告提出的关于增长转型的要求,即由高速增长阶段向高质量发展阶段转变。 第一,要坚持质量第一、效益优先;第二,要深化供给侧结构性改革,推动质量变革、效率变革和动力变革,提高全要素生产力;第三,要建设实体经济、科技创新、现代金融、人力资源协同发展的产业体系。
  十九大报告强调要全面推进绿色发展这一阐述,要构建包含生产、生活、技术、融资等在内的绿色发展系统;要着力解决我国面临的环境突出问题。“绿色发展”有很多措施,“节能”就是其中的一个环节。
 
  四、节能是市场趋势
  对于中国市场来说,压缩空气市场产能过剩引发增量市场萎缩,存量市场却需求量大。理由:
  ·淘汰落后产能,由“多”向“精”发展;
  ·节能降耗,提高效率,降低成本。
  2008年 “4万亿”一揽子计划出台后,大量机械设备在经过8-10年的折旧后开始集中更新换代。
  压缩空气系统设备行业销售现状却是“四化”严重:同质化的市场、同质化的产品、同质化的生产、同质化的销售。
 
  五、节能的前提
  “节能”二字,谁都会说,特别是在“买的没有卖的精”的压缩空气系统设备市场里。如果销售商一上来就用“节能”把客户套住,可能不是双赢的结局。真就应了那句话:“压缩空气系统再节能≠挣钱”。(见图4)
压缩空气系统选型对节能影响分析
  谈节能,必须有参照物,跟什么比节能?压缩空气系统离开了以下四个参数讲节能,那是讲空话。特别是没有前三个参数作为参照物,大谈节能,就是耍流氓。
  1)压缩空气流量;
  2)压缩空气系统压力;
  3)压缩空气品质;
  4)压缩空气系统能耗。
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  压缩空气节能不是单一设备节能,而是系统节能。所以:节能空压机(或净化设备/管道)≠压缩空气节能。压缩空气系统节能才是真正节能!
压缩空气系统选型对节能影响分析
  压缩空气系统是能耗大户,是客户不得不关心的问题。那么什么样的客户群体比较重视节能呢?
  压缩空气品质需求高的客户,价钱和能耗不是首选;
  客户需求压缩空气品质中等,会被节能吸引;
  耗能大户,量大利薄,看重节能增效。
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  六、节能的必要性和可行性分析
  压缩空气是能耗大户,耗电量约占全国发电总量的12%,对工厂来说是个不得不关心的问题。
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  生产压缩空气是有成本的,只计算电力和维护成本:
  1标方的压缩空气≈0.1~0.15 RMB
  有时候,选型错误,赚的还不够花的。要想节能20%,不是一个空压机或干燥器能搞定的。我们从以下两方面对压缩空气系统能耗分析,从而找出节能的可能性:
  ①压缩空气利用率
  ②压缩空气系统能流图
  (一)压缩空气利用率分析
  通常,压缩空气在生产、输送及使用过程中,其利用率如图9。
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  因此,我们在给客户选型之前,应该做一个压缩空气需求调查表(图10)。
  尽量减少不必要的用气和浪费;同时遵循客户使用压缩空气的品质要求,就低不就高;关注在生产、输送和使用压力的合理性及压降的必要性。
  压缩系统能流图分析;
  1.压缩空气系统设备选型遵循“九步选型原则”,压缩空气系统耗能设备主要在于空压机占95%以上,其次是干燥器耗电。
  对于空压机来说,应该尽量选择节能型空压机并且能够在平稳工作压力下运行;并关注其生命周期的可持续性,有些机器新机还可以,过了质保,效率下降得很快。
  对于干燥器来说,根据客户对压缩空气气体品质要求:
  →含水量需求4、5、6级用冷干机(耗电不耗气);
  →含水量需求0、1、2、3级用吸干机或组合式干燥器(耗电耗气);
  →干燥器节能口诀:“能用热就不用电;能用电就不用气。”
  2.热量回收是节能得最大头。对于空压机来说,其输入能源的80%左右将转化为热能,将这些热源进行利用,那么就可以变废为宝,将原本排入环境的热量收集利用,减少用于其他用途加热的燃料消耗量。
  3.减少压降是节能重点:空压机、净化设备、管路都有压降。每增加一公斤的压力,系统总的能源消耗增加7%。
  在《压缩空气系统的选型》(六)就提到主要压降在管路,其中要计算管路的压降是否合理:
  ΔP总=ΔP主+ΔP分配+ΔP供气(按最大压降计算)
  另一个办法可用莫诺图求导,寻找出最合适的管径。
  4.尽量减少“加载/卸载”;在《压缩空气系统的选型》(四)详细介绍了 “联控节能=工频+变频”。
  →采用联控,依次启停工频机,最后是变频机;
  →工频机是主力,变频机是协助;
  →离开了工频机去强调变频机节能,都是节能误区。
  5.在《压缩空气系统的选型》(三)详细介绍了该如何选择净化设备,其能耗除了关注“制冷效率、再生耗气量、加热功率及风机功率”外,压降也是耗能重点,干燥器的压降低于标准值(冷干机5%、吸干机3%)。
  6.对于过滤器、管道、辅件来说,在保证气体品质的条件下,压降不要超过压缩空气系统的需求。特别是过滤器、铝壳看起来相似,可好的磨具和压铸工艺比一般的会让压降相差50%以上。
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  7.泄露是压缩空气系统耗能最常见,也是最冤的事故。直径一毫米的小孔在0.69MPa的压力下泄露70L/min。对于有经验的管道工程师,把老旧管路一换,轻轻松松节能20%以上。在《压缩空气系统的选型》(六)就提到了多种新型管道应用比普通管道节能5%以上。
  最后要强调,相同的压缩空气系统设备在不同的环境温度下使用,能耗差别巨大。
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  9.压缩空气系统整体节能=真正节能
 
  七、节能的标准
  (一)GB 50029-2014《压缩空气站设计规范》:
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  1.设备的选型
  a)“当单台压缩机额定电机功率大于300kW时,不宜选用单级喷油螺杆压缩机。”
  b)“工作压力小于等于1.6MPa的空气压缩机组,在正常负荷下供气压力波动幅度不宜超过0.05MPa;当负荷变化较频繁时,宜选用1~2台具有变容或变频等节能型气量调节功能的压缩机。”
  c)“离心空气压缩机各单机运行时其容积流量不宜低于额定容积流量的70%。”
  d)“压缩空气干燥装置的总处理容量,应能根据站房实际运行负荷进行调节。”
  e)“工作压力小于10MPa、单台处理气量大于20m3/min或工作压力大于等于10MPa、单台处理气量大于3m3/min的吸附式干燥装置,宜采用加热再生吸附式干燥装置或压缩热再生吸附式干燥装置。”
  f)“压缩空气湿度等级要求不低于5级时,应选用冷冻式干燥装置或压缩热再生吸附式干燥装置。”
  2.系统流程的设计
  a)“当负荷要求储气罐瞬间释放超过干燥净化装置处理量的压缩空气时,应在干燥净化装置后另行设置储气罐。”
  b)“压缩空气站,宜对压缩热能回收利用。”
  c)“工作压力小于1.6MPa的压缩空气管道系统,从空气压缩机出口到最不利点的压力损失不宜超过空气压缩机排气压力的10%。”
  3.压缩空气站要求:
  压缩空气站工作时机器间内最高环境温度不应大于40℃。
  4.尽量按照本标准要求规划、配置及使用压缩空气站。
  (二)T/CGMA 03001-2018《压缩空气站能效分级指南》
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  1.压缩空气站是生产压缩空气的主体,主要将电能转换成压缩空气动力。标准以综合输功效率作为压缩空气站能效考核方法,首次将压缩空气站的能效水平分为5个等级。1级为最佳能效水平,依次类推,相邻级之间的空压站能效水平分别相差10%。标准充分考虑到压缩空气站供气量大小悬殊、露点高低相差极大等现实因素,分别以5张图表标示空压站能效对标值,便于对照使用和评估。本能效考核方法同时将空压机热回收利用量加权计入输功效率,得出综合输功效率。
  2.谈节能,必须有参照物,跟什么比节能?压缩空气系统离开了以下四个参数讲节能,那是讲空话:
  1) 压缩空气流量
  2) 系统压力
  3) 气体品质
  4) 系统能耗
  3.压缩空气站能效考核等级指标,综合压缩空气站回收热能(修正系数δ)、压缩空气含油量因数(修正系数m)和湿度因修数(正系数n),对压缩空气站输功效率的修正。建立起以压缩空气系统为标尺的能效标准。既可以横向比较,也可以纵向比较。突破了传统的“气电比”指标不完善的节能评判。
  4.该标准要求非常高,就像珠峰屹立在眼前,有能力和需求就向上攀登。标准设定压缩空气站一级能效占比10%左右。
 
  (三)GB19153-2019《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》
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  1.标准规定了容积式空气压缩机的适用范围、能效等级、能效限定值及试验方法:
  a) 驱动电动机功率为1.5kW~630kW、排气压力为0.25MPa~1.4MPa的一般用喷油回转空气压缩机(包括一般用喷油螺杆空气压缩机、一般用喷油单螺杆空气压缩机、一般用喷油滑片空气压缩机和一般用喷油涡旋空气压缩机);
  b) 驱动电动机功率为2.2kW~315kW、排气压力为0.25MPa~1.4MPa的一般用变转速喷油回转空气压缩机(包括一般用变频喷油螺杆空气压缩机和一体式永磁变频螺杆空气压缩机);
  c) 驱动电动机功率为0.75kW~75kW、排气压力为0.25MPa~1.4MPa的一般用往复活塞空气压缩机(包括微型往复活塞空气压缩机和一般用固定的往复活塞空气压缩机);
  d) 驱动电动机功率为0.55kW~22kW、排气压力为0.4MPa~1.4MPa的全无油润滑往复活塞空气压缩机;
  e) 直联便携式往复活塞空气压缩机。
  2.通过机组比功率将空压机能效分为三级:建议尽量采用一级能效。
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  八、碳资产增值
  这里不得不重复之前一篇文章:《空压机人如何计算二氧化碳排放量》。压缩空气系统节能不仅可以省钱,还可以碳资产增值。文中举例到:“比如一台250kw喷油螺杆空压机1级能效比2级能效按6000小时/年运行(满载),节约168000度电,则减少二氧化碳排放量为:167.496吨。按照2018年3月12号上海碳资产交易价37元/吨。除了节约电费,客户碳资产增加了:6197元。”具体碳资产方面内容可以咨询福州福克曼的庄总。
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  “压缩空气系统的选型很重要(九)节能”主要针对压缩空气系统而不是单个设备节能;通过压缩空气利用率和能流图对系统能耗进行分析和选型;压缩空气系统选型九步非常重要;3个空压系统标准准确运用可以打破“销售同质化”,超越90%以上空压设备销售同行!而且还可以在激烈的市场竞争中占得先机。学习理论,领先同行!
 
  作者简介
  梁柳生,1968年,男,广西柳州,大学本科。
  ①高级工程师,1990开始从事空压机行业工作。有在国企、合资及外企工作经历,其中22年在AC集团工作。先后从事过空压机及后处理设备的产品设计、产品工艺、生产管理、产品质量跟踪服务等及全国销售总监并有在欧洲学习和工作的经历。2017年创办上善气体工作室,专业从事压缩空气系统研究,精益生产管理及销售的培训工作
  ②国家标准JBT10526-2005《一般用冷冻式压缩空气干燥器》第一起草人
  ③全国压缩机标准化技术委员会委员
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