螺杆式空压机节能改造技术及实施过程的问题探析

■陈小灵，龚千虎 ■．身份证号码:36079870348;．身份证号码:360985304

1 空压机系统的结构

1．1 一般工艺流程

空压机系统通常由气管路、油管路、水管路及电气装置组成，从气管路工艺流程来考虑，通常由空压机→储气罐(湿)→干燥后处理→储气罐(干)→用气岗位构成。

1．2 主要耗能设备

送气的质量根据行业特点而定，一般来说，需符合ISO 8573—1∶2001压缩空气品质2级标准以上，主要能耗产生设备有空压机、干燥机。

空压机系统主要消耗电能，但根据空压机机头形式不同，消耗功率也不同，通常活塞式空压机＞螺杆式空压机(最普遍)＞离心式空压机，南昌HM公司使用的一台60m3/min的螺杆式空压机电功率为336kw，配套的干燥后处理设备消耗16．8kw电能和7%的气能(以下计算皆按设备24小时连续运行为前提)。

2 余热回收

由于空压机在压缩制气过程中，空气被强烈地压缩，进而产生大量热能，这些热能若不及时带走，会使空压机运行温度超过规定值，导致润滑油氧化、润滑油的性能降低，这种变化甚至不可逆转，最终导致空压机损坏，故空压机系统一般配备通风降温或者冷却水降温的装置将热量带走。

试想，如果将这些热量收集加以利用，那么不仅解决了空压机系统温度高的问题，而且给企业自身创造了利润。事实上根据美国能源署发布的空压机电能转换效率统计信息，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%)，约85%的耗电转化为热量。所以“余热利用”应运而生。

2．1 热量核算

空气在压缩过程产生的大量热能通常通过油冷却器装置带走，以上述南昌HM公司螺杆式空压机为例，在8月正常运行时，空压机油冷却器的进出水温度分别为32．6℃、40．9℃。则水换热量Q=C·m·T(其中Q－每小时带走热量，kj/h;C－水比热容，kj/kg·℃;m－每小时流水质量，kg/h;T－温差，℃)。

故 Q=4．2·18000*(40．9 －32．6)=6275kj/h=174kw，占比 = 带走的热量/设备功率=174kw/336=51．8%，其它型号同比类推。可以看出，仅空压机润滑油带走的热量潜能也是巨大的(还有一部分热量随着压缩空气被带走，由于热量小且施工困难不进行收集)，这些热量可供锅炉补水、工人洗浴、冬季供暖、工艺用水等。

2．2 余热回收实施过程的问题探析

2．2．1 温控阀的选择

螺杆式空压机的润滑油温度值要保持一定的范围，太高会导致油的变质、失效，太低会影响油的粘度及功能的发挥，空压机自带的温控阀作用正是起到了这样一个调节作用，那么当进行余热改造时，需要再增加一个温控阀，该温控阀开启度的选择需要进行理论计算和反复验证:a，当岗位需热量大，空压机的润滑油能够大部分流向该余热回收装置;b，当岗位需热量变小，温控阀能及时将润滑油逐渐导回原系统，不会致使油的温度过高而变质。

2．2．2 施工过程

由于润滑油不能含过多杂质，余热回收管路一般使用不锈钢材料，这样可以耐压、耐腐。以南昌HM公司为例，其管路的连接方式采用法兰或焊接，焊接工艺采用氩弧焊，事实证明这样既可以保证管路有足够的强度，又能够有良好的密封性。

管路优化往往被大部分企业所忽略，在一次与其他企业节能负责人参加南昌市节能工作会议时了解到，其他企业使用的压缩空气管路主要包括碳钢管路、不锈钢管路和进口铝合金管路。根据企业各自的使用效果，探讨认为主要有以下区别:A，使用碳钢管路在一段时间后会出现锈蚀和不定期泄露的现象，特别是企业中途停止生产的时候尤为明显，不仅会造成压缩空气的阻力增大，压降增加，而且有时会积水致使恶性循环，通常再次开动时需要吹扫管道，优点是初期投资成本低;B，不锈钢的管路正好与碳钢管路相反，保证了生产用气的稳定性;C，一些医药行业对压缩空气品质高，选用了近几年涌入市场的新型材料，这些行业企业透露，该材料的优势是重量轻便，易于安装且美观，更重要的是不锈蚀无泄漏，保证了压缩空气的露点等品质，当然价格也是较贵的。

所以不管是余热利用还是接下来要讲的更换离心式空压机方式，都要综合考虑管路的优化，这样才能同时不损害空气品质。

3 更换离心式空压机

前面章节1讲到空压机机头的形式，离心式空压机在前期一直处于试用阶段，技术并不成熟，而且维修费用高，随着科技的进步以及离心技术的不断发展，离心电机逐渐运用到空压机领域，但由于再次置换成离心低压机设备的成本较高，目前空压机厂商如英格索兰等通常采用“合同能源管理(EMC)模式”与企业合作。该模式的实质是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式，这样可以以较少的费用达到设备升级改造的目的。

3．1 节能核算

(1)以南昌HM公司目前的空压机配置为例，2台60m3/min空压机消耗功率 =(336+16．8)*2=705．6kw，最终产气60*(1 －7%)*2=111．6m3/min。

(2)如果置换配套离心机成套设备(产气量约为110m3/min)，以英格索兰品牌为例，其耗电功率为528kw，即节约电能705．6－528=177．6kw。其它型号同比类推。

3．2 更换离心式空压机实施过程的问题探析

(1)由于离心低压机使用高压电，如果没有多余的电基本容量，还需向电力公司申请，同时每月产生相应的容量费，企业在做具体的节能核算时应该去掉这笔额外支出的容量费，这样在做投资回收期等经济指标时才能准确，为公司决策层提供一个正确的参考条件;

(2)离心式空压机使用的是离心机头组件，空气在离心机头的作用下不断压缩，但同时也要避开喘振区，特别是岗位用气量不断波动的情况下，可以考虑利用电子自动控制技术(或辅以变频技术)加以规避，但有的企业生产需气量变化较大，建议配备一台小排气量空压机或者变频的空压机作为调节用，离心低压机作为常用空压机，这样可以发挥离心低压机的高效率优势。

4 结束语

空气压缩机是工业制造行业的主要动力源，能耗问题越来越受到重视，而我国对空压机节能的实际应用的经验是不足的，不断探索、交流诸如余热回收、更换离心式空压机等节能方案，并在实践中加以改善，相信我国在空压机节能技术方面会不断进步。

［1］成强，孙斌．关于空压机节能技术和能量利用的探讨［J］．上海节能，2012(10)．

［2］邢国清等．流体力学泵与风机．中国电力出版社，2009．