1 空氣壓縮機介紹

　　目前主流空氣壓縮機主要有 3 種：離心式空壓機、螺桿式 空壓機、活塞式空壓機。

　　1.1 離心式空壓機

　　離心式空壓機是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)， 使空氣產(chǎn)生離心力，由于空氣經(jīng)過葉輪的加壓作用，從而使空氣的流速 和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。 離心式空氣壓縮機特點有：①設備運行平衡，運轉(zhuǎn)率高， 操作可靠，無摩擦件，后期維護費用少。 ②離心式壓縮機可實 現(xiàn)完全無油壓縮。 ③設備產(chǎn)氣量大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，占地面 積小。 ④離心式壓縮機不適用于氣量小場合，壓比也不能太高。 ⑤離心式壓縮機的穩(wěn)定運行工況比較窄， 且氣量的調(diào)節(jié)不經(jīng)濟。

　　1.2 螺桿式空壓機

　　螺桿式空壓機機頭核心部件是成對的互相嚙合的陰陽轉(zhuǎn) 子，每對轉(zhuǎn)子互相反向旋轉(zhuǎn)，達到壓縮空氣的效果。 螺桿式空壓機的特點是：①操作簡便。 螺桿式空壓機自動 化程度高，對操作者要求不高，易實現(xiàn)遠程操作和無人值守運 轉(zhuǎn)。 ②運行可靠。 螺桿式空壓機零部件少，維護簡單，沒有易損 部件，運轉(zhuǎn)可靠，使用壽命長。 ③適用性強。 螺桿式空壓機是強 制輸氣，因此容積流量不受排氣壓力影響，能夠適用各種不同 的工況，并保持高效運行。 ④動平衡好。 螺桿式空壓機無不平 衡慣性力，設備高速運行平穩(wěn)，對設備基礎要求不高。

　　1.3 活塞式壓縮機

　　活塞式壓縮機的核心部件是由氣缸、 進排氣閥以及在氣 缸中重復運動的活塞構(gòu)成的。 曲軸旋轉(zhuǎn)帶動活塞在氣缸內(nèi)往 復工作，完成吸氣、壓縮和排氣的過程。 活塞式壓縮機的優(yōu)點：①適用壓力范圍廣，活塞式壓縮機 可設計成不同壓力下工作， 特別在高壓或者超高壓范圍內(nèi)是 其他壓縮機無法取代的。 ②壓縮效率較高，活塞式壓縮機壓縮 氣體的過程屬封閉系統(tǒng)，其壓縮效率較高。 ③適應性強，活塞 式壓縮機排氣量范圍較廣， 而且氣體密度對壓縮機性能的影 響不如速度式壓縮機那樣顯著， 同一規(guī)格的活塞式壓縮機往 往只要稍加改造就可以適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。 ④氣體 帶油污，尤其對于有油潤滑更為顯著。 ⑤排氣不連續(xù)，氣體壓 力有波動，有可能造成氣流脈動共振。 ⑥易損件較多，維修量 較大。

　　2 壓縮空氣需求分析

　　壓縮空氣需求牽扯多方面因素， 如何高效合理滿足生產(chǎn) 需求，這里主要從流量、壓力和濕度等方面進行分析。

　　2.1 流量

　　理想的運行情況，生產(chǎn)與消耗相互匹配，壓縮空氣量既滿足需要，又不產(chǎn)生浪費。 但實際運行中，為了滿足生產(chǎn)運行波動情況，壓縮機流量會過大，用戶無法使用過量的壓縮空氣， 設備進行減荷運行，此時設備為空載或半空載，能量被直接消耗，做無用功。

　　2.2 壓力

　　空氣壓縮機的排氣壓力每增減 0.1 MPa 會使能耗增減 6%。 為此，排氣壓力一定要根據(jù)實際需要合理選擇，不能留出太多的壓損余量。 另外，氣動設備的壓縮空氣消耗量與壓力高低也成正比關(guān)系， 合理地降低壓力能減少不必要的壓縮空氣消耗。

　　2.3 濕度

　　由于大多數(shù)的設備對壓縮空氣中的含水量有要求， 壓縮空氣一般都會進行干燥處理去除冷凝水。 壓縮空氣的干燥程度通常用壓力露點溫度衡量， 壓力露點溫度越低說明壓縮空氣越干燥，相應的也會消耗更多的能源。 冷凍式干燥機壓力露點溫度一般為 2 ℃～5 ℃， 消耗的能耗大約是空氣壓縮機的 1.5%。 吸附式干燥機的壓力露點溫度可以達到-50 ℃，消耗的 能耗相應的高達空壓機的 10%～15%。

　　2.4 潤滑

　　空氣壓縮機在工作的過程中， 以空氣是否與潤滑油的混合來分類，可分成有油式和無油式 2 大類。 潤滑油的參與顯著提升空壓機的容積效率。 因此，從節(jié)能的角度分析，有油式空壓機的能效大大高于無油式空壓機。 而更重要的是，無油機整機價格上比油潤滑設備貴 1 倍。 除氧壓機等特殊要求的工作 情況，壓縮機選擇均應選擇有油潤滑設備，匹配相應的后處理 設備，來滿足氣源用戶的需要。

　　3 空氣壓縮機及后處理設備選型

　　3.1 壓縮機類型選擇

　　低壓壓縮空氣(1.6 MPa 以下)的生產(chǎn)：當壓縮空氣使用量穩(wěn)定且≥100m³ /min 時，建議使用離心壓縮機，當壓縮空氣量不是持續(xù)供應或者壓縮空氣使用量<100 m³ /min 時， 建議使用螺桿式壓縮機。 原因是離心壓縮機大流量穩(wěn)定運行，能耗低， 維護簡單。 但是如果用戶能耗變化時，離心壓縮機容易發(fā)生喘震及氣窒現(xiàn)象，影響設備正常工作。 啟停機復雜，不能滿足使用。而螺桿壓縮機便于進行自動調(diào)節(jié)，更加靈活。 中壓壓縮機，選擇比較多樣。 由于技術(shù)的不斷進步，螺桿壓縮機已經(jīng)能達到 4 MPa， 因此在中壓領域 1.6 MPa～4 MPa， 可以根據(jù)需要選用螺桿壓縮機、活塞式壓縮機，以及螺桿—活塞組合壓縮機。 根據(jù)實際經(jīng)驗，建議優(yōu)先選擇螺桿壓縮機，從而降低運行成本。 高壓壓縮空氣(4 MPa 以上)的生產(chǎn)應采用活塞式壓縮機進行。 建議使用低壓螺桿機生產(chǎn)低壓空氣，進行活塞機二次加壓，得到高壓壓縮空氣，從而降低活塞機備件成本。

　　3.2 后處理類型選擇

　　干燥機選擇：冷干機能夠使壓力露點達到 3 ℃～5 ℃，滿足 一般性需求。 優(yōu)點是能耗低，處理后壓縮空氣潔凈度高。 吸附式干燥機能使壓力露點達到-40 ℃甚至更低，滿足更苛刻的干燥需要，但是相應的能耗高。 由于干燥劑的原因，潔凈度受到影響。 需要指出的是， 吸附式干燥機需要消耗部分壓縮空氣 (無熱吸干機的再生耗氣量高達 12% ～15%之間， 即便是微熱 吸干機再生耗氣量也高達 7% ～8%)， 因此選擇吸附式干燥機的用戶，壓縮機選型應留出相應的余量。

　　除油器的選擇：普通的濾芯式除油器和活性炭過濾器是沒有耗電的，但是催化氧化類的除油設備就需要耗電了，但是要注意的是，這類除油設備是可以直接接入油潤滑空壓機后端，實現(xiàn)與無油機一樣的無油狀態(tài)，這樣催化氧化類除油設備搭配節(jié)能的油潤滑空壓機無論是采購成本還是運行成本就明顯低了，總能耗及成本可低25%左右。

　　3.3 儲氣罐選擇

　　儲氣罐一般放在壓縮機與干燥器之間，其作用為：①使空氣得到預先冷卻，粗分離壓縮空氣中水分和雜質(zhì)，減輕后處理設備的工作負荷，提高設備能效，達到節(jié)能作用。 ②消弱活塞式空壓機往復的脈沖氣流，使氣壓穩(wěn)定，保障供應的壓縮空氣平穩(wěn)且連續(xù)。 ③儲氣調(diào)節(jié)，平衡系統(tǒng)內(nèi)短時間內(nèi)出現(xiàn)的耗氣量 與供氣量之間的不均衡當空壓機意外停機時， 儲氣罐能夠作短時間的應急氣源。 ④提供一個較大的系統(tǒng)容量，防止壓縮機設備頻發(fā)加卸載，提高設備壽命。 根據(jù)壓縮空氣用量，如果用氣量與壓縮機產(chǎn)出匹配時，儲氣罐選擇可以小些;如果壓縮空氣用量與生產(chǎn)不匹配，儲氣罐應選的大些，滿足波動時用戶需求。 儲氣罐容積選擇經(jīng)驗公式： V=10NQ/P 式中：V 為儲氣罐容積，m³ ;Q 為空氣壓縮機流量，m³ /min;P 為儲氣罐儲氣壓力(絕對壓力)，MPa;N 為冗余系數(shù)，用氣平穩(wěn)取 值 1， 波動頻繁但幅度不大取值 2~3， 波動頻繁幅度大取值 4 以上。

　　4 節(jié)能措施

　　針對大用氣量用戶，建設大型空氣壓縮站，滿足大規(guī)模空氣類試驗的要求， 精準供給。 對不同用途的壓縮空氣進行分類，旨在滿足用戶的需求又不過分消耗能源。 對于分布偏遠或者特殊需要的壓縮空氣 (如加工中心等精密設備需要的壓縮空氣壓力低，流量小，潔凈度高)，如果從空壓站引出管道進行 專項輸送，造價高，壓降大，耗能多。 因此針對此類設備的低壓氣源供應，宜在設備就近安裝空氣壓縮機及后處理設備，減少沿程損耗，滿足少量壓縮空氣的需要。

　　4.1 通信設施

　　針對用氣單位與空壓站距離遠， 生產(chǎn)與消耗無法很好地協(xié)調(diào)匹配，因此在建設期應建設完善的通信設備，協(xié)調(diào)匹配動能生產(chǎn)與用戶需求，包括：流量，壓力，濕度等信息，做到最大限度的精準匹配，依需定支出，達到節(jié)能效果。 用戶與空壓站建設信號調(diào)控及反饋信息，及時控制生產(chǎn)運行情況。 目前壓縮空氣生產(chǎn)與用戶之間通過簡單的調(diào)度，例如某天 9 時～12 時用壓縮空氣，用戶試驗如果在 11 時完成，空壓站未收到反饋的情況下，會持續(xù)運行 30 min 才逐步停機，此間造成能源的浪費以一臺 300 kW 設備為例，每次多消耗 150 kWh 電能。

　　4.2 設備選型

　　壓縮機設備選型的原則， 應在能夠滿足用戶參數(shù)需求的基礎上，盡量達到工頻負荷，減少因壓縮機空載后處理設備過度凈化等造成的能源浪費。 例如 3 ℃和 10 ℃的露點溫度極可 能在使用上并沒有明顯的差異。 但兩者的能耗卻相差 10 倍， 干燥機的選擇一定要根據(jù)實際情況選用， 不必刻意強求過低 的壓力露點溫度，因此針對用戶試驗需求，匹配合適的壓力及 干燥設備，并根據(jù)需求合理的進行供給才能最大程度的節(jié)能。 結(jié)合工業(yè)企業(yè)用能生產(chǎn)波動較大的實際情況， 在壓縮機 設備選型時，多臺同類設備并聯(lián)運行中，宜用 1 臺變頻壓縮機 進行負荷調(diào)節(jié)，保證負荷變化時也能讓能源得到的高效利用。 其余壓縮機設備在工頻情況下工作達到最節(jié)能運行效果，用變頻進行波動調(diào)節(jié)滿足生產(chǎn)與用戶之間的匹配問題。

　　4.3 熱能回收

　　壓縮機在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱能， 壓縮空氣在進 行試驗過程中，也經(jīng)常會被加熱處理。 這就使壓縮空氣不僅攜 帶壓力勢能， 也攜帶大量熱能。 但是在目前新航的生產(chǎn)工藝 中，壓縮空氣附帶的熱能是被直接排放的。 而這部分熱能的回 收有很多現(xiàn)實的應用，例如：冬季采暖需要，熱表處理中清洗 加熱等。

　　4.4 能源外包模式

　　探索能源外包的運行方式， 在精準統(tǒng)計動能使用量的情 況下，尋找整體外包的可能性，從而達到減少運行成本、節(jié)約 人力的作用。 由于各單位情況不同，各類產(chǎn)品生產(chǎn)用能參差不 齊，因此，在能源外包探索中應因地制宜尋找合適本單位的能源外包模式。