空压机节能改造新技术应用研究

宋韧 刘淑婷

（天津中环恒达节能科技有限公司，天津，300193）

1.空压机能耗现状及节能改造市场分析

空气压缩机作为工业制造行业的主要动力源，其能耗问题已经引起了全世界的高度重视。但是，在我国对空压机的节能潜力认识不足，对空压机节能改造技术涉及的内容和如何利用节能服务公司的投资实施节能改造了解不多，本文对空压机节能改造新技术应用和改造创新模式加以了综合提炼，以供工业用气大户企业的空压机岗位技术人员、企业节能负责人等了解参考，使我国空气压缩机的能耗水平迅速赶超日本。

据统计，在中国压缩空气的耗电量占全国发电量的9.4%-10%，压缩空气系统的耗电量约占用气企业总耗电量的15%-35%不等。在空气压缩机的寿命周期成本中，能耗成本占了约70%，在中国，压缩机的平均使用负荷只有66%，“大马拉小车”的现象是比较普遍的，仅仅设计运营富裕出这部分功率，能源浪费就高达12%，因此压缩机的节能空间一般可以达到12%～50%。所以空压机的节能已经引起了业界，特别是节能服务公司、厂商及部分用气企业的高度重视，目前空压机节能改造技术措施主要包括：变频改造、余热回收、联控器控制、新材料管路优化设计与改造、恒压控制五个重要环节，其中采用变频调速节能量可达到10%～35%，集中控制调节节能量可达到5%～15%，热能回收节能量可达到20%～40%，新材料管路优化设计与改造节能量可达到5%～15%，恒压控制节能量可达到10%～30%，当然这些环节及技术改造实施后的节能潜力是由企业空压机设计是否合理、使用工况、运行维护操作水平和空压机新旧程度等各种因素所决定的，并非每个用气大户企业空压机的节能潜力都有这么大，根据我们对天津空压机运行状况的市场调研，目前空压机的节能改造潜力普遍巨大，在空压机节能技术改造实践中，我们也深刻地认识到使用单一的节能技术措施和产品往往不能达到理想的节能量，目前大部分企业在空压机节能技术改造是由空压机专业厂家或专业节能服务公司为其做系统能源评估之后，从空气系统工作原理入手，结合多种节能措施和新产品对空气系统做综合节能新技术改造，这样节能效果才能更加明显，其中热回收利用是空压机节能减排最为显著且直接的环节。

为贯彻落实《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，工业节能“十二五”规划的总目标是：到2015年，规模以上工业增加值能耗比2010年下降21%左右，“十二五”期间预计实现节能量6.7亿t标准煤。到2015年，钢铁、有色金属、石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、电子信息等重点行业单位工业增加值能耗分别比2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、20%、18%。以上行业单位均使用空气压缩设备，从空气压缩机上寻求节能减排已经是大势所趋，因此也催生出很多空压机节能的新技术、新产品，空压机节能市场正处于孕育和大发展的前夜阶段。

2.空压机节能潜力分析与展望

我国制造业、甚至整个国民经济的发展面临资源、能源和环境的严重制约，未来20年制造业的增长，如果单纯依靠数量增长，这是资源、能源和环境所不能承受的。因此，我国必须依靠科技进步，采取绿色制造技术，在提高产品质量和附加值的同时，努力降低资源和能源消耗，这是未来制造业的发展方向，也是从制造大国走向制造强国的必由之路。

我国已装机压缩空气系统使用中普遍浪费严重，其节能在我国正成为一个迫切的研究课题。我国工业压缩机的耗电量2008年约为2140亿kW·h，约占全国总耗电量的6%。而GDP与我国相当的日本，工业压缩机耗电量仅为400亿kW·h，我们的差距很大。

在当前我国用户的压缩空气系统中，能源浪费主要表现为泄露偏大、压缩机配置及运行仅以保压为目的、供给压力不合理、喷嘴低效、设备用气存在浪费、现场工人用气成本意识淡薄等问题。在泄露问题上，工厂中的泄露量通常占供气量的10%～30%，而管理不善的工厂甚至可能高达50%。严重的是，现场管理人员远远地低估了泄漏造成的损失。加强泄漏损失意识、普及泄漏检测及预防手段是当前工作重点。

我国压缩空气用户在气动技术使用中存在效率偏低、浪费严重、欲实施节能也无从下手和缺乏经验等问题。在压缩空气系统节能的研究和实施上，日本走在世界的前列。自1997年防止地球温室效应的“京都协议书”签订以来，日本全国开始了声势浩大的节能运动，这其中也包括对压缩空气系统实施的节能活动。根据2002年日本流体动力工业会的调查，各企业实施节能后气动能耗削减了10%～30%。日本在气动节能技术研究应用上遥遥领先于其他各国，已积累了一些成熟的技术和经验。这些技术和经验在中国的消化、普及、再创新将成为中国气动节能工作的当务之急。

3.空压机节能改造的节能评估技术手段

目前，对空压机进行能源评估的技术手段难度之大，也是制约节能改造的瓶颈之一，只有世界一流的空压机制造商及专业节能服务公司具有这样的实力，比如，美国英格索兰公司（以下简称“IR”）对空压机的评估方法可分为三个方面，分别是Intellisurvey评估（Intellisurvey评估仪是IR特有的空压机评估仪器，可以采集空压机的电流和系统压力数据）、供气端评估、空气系统全面评估，不同的评估方法可以根据客户的需要来选择。

Intellisurvey评估的内容主要是有IR提供专业的系统评估仪器，在客户的空压机上采集压力和电流数据，评估周期为一个星期，采集数据多达几百万个，数据采集结束之后，由IR的专业工程师对数据进行分析进而出具评估报告交予用户，评估报告中包括用户目前空压机的运行状况分析、系统的节能空间以及可行的节能措施等内容，为客户提供了很有价值的信息。

供气端评估的主要内容除了包括Intellisurvey评估，还将空压机的后处理设备的评估囊括其中，因为空压机产生的压缩空气必须经过后处理设备的净化之后才能输送到用气端，所以，后处理设备是否存在浪费和泄漏直接影响运行效率，如果经过评估发现后处理压降较大或泄漏较大就必须采取相应的措施来减少或消除浪费。

空气系统全面评估的主要内容是在供气端评估的基础上再加上用气端评估，也就是全厂系统综合评估，通过系统全面评估后，就可以为用户提供全厂的空气管路的泄漏情况，管路设计是否合理等相关信息，并为用户提供可行的空气系统整体解决方案。

4.空压机节能改造新技术运用

目前，中国空压机的节能改造技术远落后于日本，但通过政府的大力推进以及企业的不断创新，空压机节能技术已经初见成效，空压机的节能改造主要包括变频调速、余热回收、联动控制、压力控制和管路优化等几个方面，大部分空压机使用者在寻求空压机节能量最大化的过程中必须通过多种节能方式的综合运用才能实现。调速变频一般情况下要和联动控制、压力控制相互配合才能实现节能的目的，空压机余热回收的应用在企业中间倍受欢迎，因为空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15%左右。约85%的耗电转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中去（来自于美国能源署发布的空压机电能转换效率统计信息）。

图1 空压机电能转换效率图

所以以余热回收的节能效果最为明显，回报周期相对较短，是一种立竿见影的节能方式，它的用途主要包括锅炉补水、工人洗浴、冬季供暖、工艺用水等，可以说余热回收的运用为企业节能立下了汗马功劳，更重要的是大大降低了对大气的热排放，具有节能、延长用气设备使用寿命、循环利用和环境保护的多重收效。

除了以上节能技术手段的运用，管路优化往往被大部分企业所忽略，目前企业中使用的压缩空气管路主要包括碳钢管路、不锈钢管路和超级管路（“超级管路”是IR提供的进口铝合金管路），通过对比发现，使用碳钢管路初期投资成本较低，但从长远分析，碳钢管路在用过一段时间之后会出现锈蚀和泄漏严重的现象，内壁锈蚀不仅会造成压缩空气的阻力的增大，压降增加，最关键的是影响空气品质，进而对生产工艺造成不可逆的影响，而不锈钢的管路虽然初期投资成本高，但长期看，不会出现锈蚀的现象，保证了生产的稳定性。近几年，一种新型管路涌向市场，其名称为“超级管路”并受到很多用户的青睐，这种超级管路由IR提供，是一种铝合金挤压成型管路，其优势是重量轻便美观、易于安装工期短、不锈蚀无泄露，可以为用户提供优质的压缩空气，主要针对啤酒、医药、食品、汽车、机械、电子等行业。

所以，往往单一的节能措施和产品并不能带来最大的节能效果，通过几种节能产品的综合利用以及空气管路的优化可以为企业带来较大的节能成果，为企业实现节能减排带来很好的效果。

5.空压机节能改造创新模式

空压机节能改造模式早期多采取空压机用户和空压机生产厂家直接合作，由用户直接向空压机厂家采购节能产品和交钥匙节能改造工程。最近3年，“合同能源管理”模式逐渐进入市场。所谓合同能源管理，就是由节能服务公司为客户提供全面的能源服务：从能耗审计、设备投资、设备选取安装到运行维护、人员培训等全方位一条龙服务，该客户以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务项目。这种合作模式可以规避企业节能改造的资金不足和投资风险，合作模式最终实现四赢的结果，即用户、节能服务公司、节能产品制造厂商和社会。

6.典型应用案例

上海氯碱化工有限公司空压系统全面节能改造方案，总节能收益130万人民币，投资回收期仅为一年多。

氯碱化工总共有10台空压机，其中3台喷油螺杆机机器，3台非油润滑活塞机，3台非英格索兰无油润滑活塞机，另有1台报废。通过系统评估对系统进行优化，其中通过使用恒压控制器、变频器、联控器以及余热回收装置对系统进行优化最终使用户在集团内部节能项目评比中获得第一名的好成绩。