節(jié)能型壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用
彭小龍
(珠海市龍神有限公司)
能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ),是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質(zhì)資源。能源種類繁多,而且還在不斷的開發(fā)與研究。然而,近半個世紀以來,工業(yè)經(jīng)濟迅猛發(fā)展,能源問題日益凸顯。能源匱乏,使用率低下,同時對人類賴以生存的環(huán)境造成了嚴重威脅;為了推進全社會節(jié)約能源,提高能源利用效率和經(jīng)濟效益,保護環(huán)境,保障國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展,滿足人民能源日常生活及工作的需要,于1997年11月1日第八屆全國人民代表大會常務(wù)委員會第二十八次會議通過,制定了中華人民共和國節(jié)約能源法,自1998年1月1日起施行。要求各省,自治區(qū)、直轄市人民政府加強節(jié)能工作,合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),企業(yè)結(jié)構(gòu),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源消費結(jié)構(gòu),推進節(jié)能技術(shù)進步,降低單位產(chǎn)值能耗和單位能耗,改善能源的開發(fā),加工轉(zhuǎn)換,輸送和供應(yīng),逐步提高能源利用效率,促進國民經(jīng)濟向節(jié)能型發(fā)展。
由于科學技術(shù)的進步,自節(jié)能法實施以來,在國家政府的大力支持及監(jiān)管的情況下,大量節(jié)能設(shè)備,工具及方案都相繼產(chǎn)生和實施。廣大人民節(jié)能意識也逐步提高,基本上能做到能耗最小,但是各種由于其它能源轉(zhuǎn)化而成的能源并沒有引起人們的意識和重視,本文就以電能帶動空壓機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓縮空氣從而作為生產(chǎn)的動力源,氣動工具、設(shè)備及加工能耗成本作一個簡單的淺析,希望能引起各企事業(yè)單位及政府部門的重視,及時采取有效措施,來杜絕浪費和降低能耗。
一、壓縮空氣的應(yīng)用
壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力源,其應(yīng)用范圍遍及石油,化工、冶金、電力、機械、工程、采礦、房地產(chǎn)、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國防,科研等行業(yè)和部門。幾乎所有生產(chǎn),加工和工程都需要應(yīng)用壓縮空氣。其主要用于控制閥門的開啟,關(guān)閉、機器設(shè)備的提升,移動、試驗設(shè)備機床,工具或刀具的進給,裝配機械和機床中夾、模具的夾緊及固定,零件和材料的輸送、焊接、噴漆、氣動機器人,自動測量,氣動工具的運轉(zhuǎn)等。壓縮空氣應(yīng)用非常廣泛,但是真正認識和了解壓縮空氣的特性,以及壓縮空氣對氣動設(shè)備、工具和工作人員的影響的人并不多,很多人只是把它簡單地看作是一種動力源,但對壓縮空氣的壓力、流量、水份(水霧、水蒸氣、凝結(jié)冰)、油(油污、油蒸氣)和各種固體雜質(zhì)、雜味等對設(shè)備、工具、產(chǎn)品及施工人員影響了解甚少。在此僅就壓力,流量因壓縮機房配置不合理及輸送管道、軟管接頭等泄漏造成的能量損耗問題,做簡單闡述。
二、壓縮空氣應(yīng)用效率及損耗估算
壓縮空氣應(yīng)用非常廣泛,但是效率非常低,由于氣管路連接件泄漏損失,人為損失、管理損失等原因,據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計,壓縮空氣利用率只有50%。
1、產(chǎn)生壓縮空氣的電能能耗計算
在標準狀況下:一臺10HP的空壓機在10bar壓力下,每分鐘所產(chǎn)生的壓縮空氣體積是1.0m3/分鐘,也就是說,一臺10HP的空壓機每小時的產(chǎn)氣量為60 m3/小時,所耗電能為7.5Kw,即7.5度電。目前工業(yè)用電平均價格為1.2元/度,所以每產(chǎn)生1m3的壓縮空氣所耗電能為0.125度,因此每生產(chǎn)或消耗1 m3的壓縮空氣所需人民幣0.125×1.2=0.15元。
2、壓縮空氣泄漏參數(shù)表
漏氣口徑(mm) |
漏氣口徑(英寸) |
漏氣量(L/秒) |
漏氣量(m3/h) |
功率(kw) |
0.4 |
0.015 |
0.19 |
0.68 |
0.06 |
1 |
0.39 |
1.18 |
4.25 |
0.37 |
1.6 |
0.63 |
3.07 |
11.1 |
0.97 |
3 |
1.18 |
10.95 |
39.4 |
3.36 |
6 |
2.36 |
49.1 |
177 |
15.0 |
10 |
3.94 |
122.0 |
439 |
37.0 |
上表表明:在標準狀況下,當漏氣口徑為1 mm時,每小時漏氣量為4.25 m3,消耗電能為0.37度。
3、汽車維修企業(yè)壓縮空氣損耗計算
據(jù)中國汽車維修協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,目前全國汽車維修企業(yè)34.5萬家,平均每家維修企業(yè)的工作崗位為20個,用氣點為40個,保守數(shù)據(jù)表明約為20%的用氣點在漏氣,
也就是說,每個企業(yè)約有8~10個漏氣點,我們就按每個廠8個漏氣點計算,即每天有34.5萬×8=288萬個用氣點在漏氣。
由于經(jīng)營管理者意識及管理手段,大量漏氣點在泄漏,一進入各工廠或修理廠,都可以聽到漏氣的聲音,有的仍致可以看到漏氣的現(xiàn)象,久而久之,各漏氣點的漏氣量越來越大,我們可分別按漏氣口徑為0.4 mm和1.0 mm來計算漏氣量。
漏氣口徑為0.4 mm:每小時漏氣為0.68 m3/h,所耗電能為0.06度,金額為0.06×1.2=0.072元/小時;
按每天8小時算:8×0.072=0.576元/天;
按每月工作26天計算:26×0.576=14.976元/月;
則:一個漏氣口徑為0.4mm的漏氣點,一年所損耗的資金為:12×14.976=179.712元/年;
全國共有2880000×179.712元=51757萬元/年,約52億元;依次類推,
漏氣口徑為1mm時;每小時漏氣量為4.25 m3/h,所耗電能為0.37度,金額為0.37×1.2=0.444元/小時;
按上述計算過程,一個漏氣口徑為1mm的漏氣點,一年所損耗的資金為319104萬元/年,約320億元。
4、實地考察計算漏氣損耗
以上僅僅是汽車維修企業(yè)由于漏氣造成的損失,它與工業(yè)廠家,制造業(yè)相比,所占的比例相當小,他們的用氣量及損耗量大得多,諸如:汽車制造廠,船艇制造及維修,家電、家私及電子產(chǎn)品生產(chǎn)廠家等。
我們曾經(jīng)考察過一個小型汽車生產(chǎn)廠,其中一個磨灰和噴涂車間,其用氣點400多個,幾乎是50%的點在漏氣,有些漏氣口徑還較大,我們與此車間主任,工藝工程師及廠領(lǐng)導在現(xiàn)場計算,其結(jié)果如下:
此車間年損失金額為:400×50%×1×4.25×0.15×10×26×12=397800元≈40萬
即本車間每年就漏氣所造成的電費損失近40萬元,還有因漏氣引起氣壓不穩(wěn),氣流量不夠以及壓縮空氣品質(zhì)達不到要求而引起的設(shè)備,工具損耗,不良品質(zhì)產(chǎn)品的返工工時,耗材及報廢等,無法估算。
三、造成漏氣的原因
以上數(shù)據(jù)表明,因漏氣所造成的損失非常巨大和可怕,就汽車維修行業(yè)每年損失金額可以建3200所希望小學,相當于743萬噸鋼材,相當于640萬噸石油。所以我們必須盡力減少漏氣,將損失降到最低,其漏氣的真正原因,分析如下:
1〉、設(shè)備配置不合理
空壓機壓力設(shè)置太大,其儲氣罐耐壓偏低,管道連接件的耐壓不夠等;
2〉、機房安裝連接不合理
空壓機與儲氣罐之間采用硬性連接,長時間運作后,必然會有漏氣現(xiàn)象;
3〉、輸送管道直徑不匹配
沒有專業(yè)人員設(shè)計,安裝壓縮空氣輸送管道,大多數(shù)是由土建工程公司憑經(jīng)驗和想象安裝,沒有精確計算,造成壓力損失大,流量不夠,另外在安裝時無法試氣。
4〉、管道的選材,合理的布局
大多數(shù)廠家對壓縮空氣管道一無所知,其耐壓性,耐候性、抗油性、泄漏性、伸縮性等都不了解,造成壓縮空氣輸送管道氧化生銹,漏氣、變形,老化變脆等等,在安裝布局時也非常不合理,造成壓力損耗大,流量損失快,前端工作崗勉強可以工作,后端工位無法正常工作等。
5〉、員工素質(zhì)低
有很多企業(yè)員工基本素質(zhì)偏低,部分員工有意破壞壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng),造成人為的損失。
6〉、管理不善
沒有設(shè)置專人負責設(shè)備的維護、保養(yǎng),出現(xiàn)泄漏時不能及時更換或采取相應(yīng)的措施,片面追求低的投入成本,選取不專業(yè)的施工單位,采購低廉的非專業(yè)壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)及輸送管道,造成運作成本高。
總之,壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)沒有引起大家的注意,大家知道空氣在泄漏,但不知道泄漏的是能量,泄漏的是金錢,無形之中提高了企業(yè)的運作成本,也就縮小了企業(yè)的利潤空間,嚴重影響公司企業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展,所以我們在選擇使用動力源時壓縮空氣必須系統(tǒng)考慮,由專業(yè)公司設(shè)計,安裝、保障正常運作。
四、如何合理規(guī)劃壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)
壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)主要包括空壓機房和輸送管道,還有部分連接軟管及連接件組成。
1、空壓機房
a、空壓機是整個壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的心臟,是設(shè)備,工具、用氣量及氣壓的保證,必須具有足夠的產(chǎn)氣量和一定的壓力,才能保證設(shè)備、工具的正常運轉(zhuǎn),所以空壓機的選型必須依據(jù)各企業(yè)的用量和壓力要求而定。
耗氣量 = 各類工具的耗氣量×各類工具數(shù)量之和
經(jīng)驗公式:10Hp/10bar≈1m3 即:功率≈耗氣量m3×壓力(bar)
空壓機功率過小,無法保證企業(yè)的正常運轉(zhuǎn),而且會因壓力和流量不足而尋導致誤工,返工、仍致報廢等;空壓機功率過大, 會造成壓縮機利用率不高,投入成本高,使用價值低,形成浪費。目前各生產(chǎn)企業(yè)使用的空壓機基本上是活塞機和螺桿機,我們建議最好使用螺桿機。
活塞機 |
螺桿機 |
功率小 |
功率大 |
產(chǎn)氣量小 |
產(chǎn)氣量大 |
嗓音、振動大 |
嗓音、振動小 |
壓縮空氣品質(zhì)差 |
壓縮空氣品質(zhì)相對較好 |
維護、保養(yǎng)頻繁 |
維護、保養(yǎng)方便 |
b、儲氣罐
用于儲存一定體積的壓縮空氣,它具有降溫排水作用,儲存作用、恒壓穩(wěn)流,避免空壓機的頻繁啟動(活塞機)。儲氣罐的選型必須依據(jù)各企業(yè)的用量和壓力要求而定,其耐壓值必須大于空壓機的壓力,其體積的選型應(yīng)遵循3:1的原則,即空壓機的產(chǎn)氣量∶儲氣罐容積=3∶1 。
c、水分離器
自然空氣經(jīng)過空壓機變成高壓氣體時,溫度升高,空氣中的水分都是以汽態(tài)水的形式存在,當流經(jīng)儲氣罐及部分管道時,溫度降低有部分汽態(tài)水會變成液態(tài)水與壓縮空氣并存,當