新工厂规划中的压缩空气系统设计与节能

    博革咨询按：在新工厂布局规划中，水电气和含厂房的处理等辅助设施的合理规划，对工厂的节能有非常重要的作用。对工厂后期运营和企业的利润有非常大的影响。我们将分几期对我们在新工厂规划中，对厂房的处理、水电气的合理设计对工厂的节能的作用及如何工厂辅助设施设计合理的设备选型给正在进行新工厂规划的企业一些建议，希望对大家有帮助。

    新工厂规划中，压缩空气系统设计与节能

    压缩空气设备是制造型企业广泛应用的一种重要动力设施，如何做到最经济地设计，既是贯彻节能减排政策的体现，同时也是为企业降本增效的一项举措，优化压缩空气供给工艺是动力设计中的一项重要工作。

     1 空气压缩机的选型
 
    目前，我们选用的空气压缩机主要有三种机型：活塞式、螺杆式、离心式。总体来说三种空气压缩机（以下简称空压机）各自拥有自己的优缺点，设计工作中的设备选型不可一概而定，应根据具体应用需求选取适用机型。下面我们从性能、操作性、使用成本等对其进行分析比较：

主要特点	活塞式	螺杆式	离心式
排气形式	脉冲	连续	连续
排气量	小	较大	大
流量调节范围/%	0~100	40~100	70~100
结构形式	大	小	小
基础要求	坚固	轻微	轻型
噪声/dB	≤90（A）	≤85	≤85（A）（全罩）
效率	高	较高	低
造价	低	高	高
维修量	大	小	小
自控水平	低	高	高

    通过上表我们可以看出：活塞式空压机具有价格低、效率高、结构坚固的优点，但是同样具有活塞脉冲排气、维修量大、压缩空气易含油水、自控水平低等缺点，一般应用在环境恶劣、压缩空气质量要求低的场所，如矿山开采环境；螺杆式空压机连续排气，虽然流量调节受到一定的限制，但是效率高，同时因未采用燃油驱动，压缩空气的质量较高，虽然价格较为昂贵，但维修较少，后期使用成本低，广泛应用在食品、医药、军工、机械、纺织等行业；离心式空压机各方面优势也很明显，但是因流量调节范围较小、效率较低等原因应用范围较小，如商店开业、婚庆等用的充气压缩机就是此类，但在大排气量使用场合中，通过制造技术的持续改进，其效率已有大幅提高，综合性价比具有明显优势。

    1.1不同空压机的使用成本对比

    下面我们主要对相同功率的活塞式、螺杆式两种空压机的使用成本进行对比。 通过下表我们可以看出：相同功率的螺杆、活塞式空压机在电能消耗上，螺杆式明显比活塞式耗电；但是由于螺杆空压机故障少、维修费用低，加之排气效率约为活塞式空压机的1.5倍，而年总消耗折合费用仅为活塞空压机的1.08 倍，所以螺杆式空压机的综合使用成本更低。

类别	22 kW 螺杆式空压机	22 kW 活塞式空压机
产气指标	低压 0.65 MPa， 高压 0.80 MPa	低压 0.6 MPa，高压 0.75 MPa
排气量	3.5（m3·min-1）	2.3（m3·min-1）
月平均用电量/度	8000	6600
月平均用油量	3.5kg（液压油）	25.0kg （机油）
年平均维修费用/元	1500	5000
年总计消耗折合/元	70000	65000

    1.2空压机选择方案

    通过以上分析，无论是从性能还是从综合使用成本来说，螺杆式空压机都是比较合理的选择。有了这个对空压机的定性确定之后，接下来很重要的工作便是对方案中空压机的数量进行确定，也就是我们的定量分析，以设计出最优化的设计方案。

    本着最大化进行生产的要求，为实现空压机的不间断供气，我们在进行方案设计时，必须充分考虑空压机故障停机、维护保养等相关因素，所以通常在空压机数量的确定上按高于额定排气量 1~2 台进行配置空压机，以实现空压机之间的交替供气或维修替代。

     2 其他设备的选择 

    2.1 储气罐的选择

    储气罐的总容量，如为工艺用途，应取所有空压机每分钟排气总量的30 % 进行配置；如为仪表气用途，应按如下公式计算得出：

V=Q_S×t×P₀/(P₁-P₂)

    式中：V：储气罐总容量；

    Q_S：供气设计总容量，NM3/min；

    t：5~20min保持时间；

    P₀：大气压，绝压；

    P₁：正常操作压力，绝压；

    P₂：最低送出压力，绝压。

    储气罐数量的配置没有严格的规定，应按照实际供气需要进行配置相应数量的储气罐。一般来说，为保证供气压力的稳定，方便维护使用，我们在储气罐的配置上坚持一个原则：在保证储气罐容量的同时，配置数量以尽量少为好，单个储气罐容量以尽量大为好。

    2.2 冷干机的选择

    冷干机是压缩空气除油、除水的关键设备。在选择冷干机时，应先确定冷干机的露点温度，一般为 2 ℃、-40℃、-70℃，依设计项目所在地气候条件而定，在此基础上选择冷干机的处理气量，计算公式如下： 

Q _e= Q _b× C _jp× C _jt× C _it× C _ht

    式中： Q _e ：冷干机额定压缩空气处理流量；

   Q _b ：所需处理的空气流量，即空压机排气量；

   C _jp ：进气压力修正系数；

    C _jt：进气温度修正系数；

    C _it ：露点温度修正系数；

    C _ht：环境温度修正系数。

    2.3 其他设备的选择

    除要选择以上的设备外，我们还要选择前置过滤器、后置过滤器。为了确保过滤器的处理能力，选择的过滤器处理气量约为空压机的 150 %左右，处理精度应按照终端需求的气体质量为标准， 对气源质量要求高的需多配置几道过滤器。此外应按照不同部分的需气量配置合适口径的管道。

     3 总体方案设计 

    在三台或以上空压机组成的小型供气站设计上，按照不同的生产用气需要，我们一般可以采用两种方案对其进行管网连接：一种是对储气罐的串联供气，一种是对储气罐的并联供气。

    3.1 储气罐的串联供气方案

    见图1，实际上就是把所有的小型储气罐串联组合后，相当于一个大型的储气罐的作用，这样的连接方式主要应用在集中供气改造上，这样可以不用再购置大型储气罐。但要注意采用这样的连接方式必须满足一个前提：各部分对压缩空气的压力及质量要求没有很大的差别。

    1—空压机；2—储气罐；3—前置过滤器；4—冷干机；5—后置过滤器

    图 1 储气罐的串联供气方案图

    3.2 储气罐的并联供气方案

    并联供气与串联供气唯一的不同就是在储气罐的连接上，各个储气罐不相互连通。一般来说， 这种连接方式大多用在那些对压缩空气的质量有着明显不同要求的场合。

    1—空压机；2—储气罐；3—前置过滤器；4—冷干机；5—后置过滤器
 
    图 2 储气罐的并联供气方案图

     4 其他节能设计注意要点 

    （1）空压机与储气罐的连接上，储气罐应尽量靠近空压机的地方布置。这主要是因为：储气罐越靠近空压机，在同样的条件下，压缩气体达到上限压力时，空压机的加载时间越短，耗电越少。

    （2）供气压力的工艺设置上，在满足基本的供气压力前提下，应将低压、高压设置在最低范围内，尽量节省能耗。但是一定要注意，低高压之差需大于 0.15 MPa，避免空压机的频繁启动，损伤设备。

    （3）空压机放置上，应首先放在通风良好的环境中。此外，我们建议在空压机的降温上，可以实现水冷降温的坚决不用风冷降温。

    5 结语

    压缩空气系统因其使用的广泛性和普遍性，在设计工作中优化工艺，进行节能设计具有重大的实践意义，应跟进研究先进技术，深挖技术潜能，从源头上贯彻落实节能降耗工作。