空压机节能改造分析

本文对空压机进行理论解析，以生产实际中的空压机进行节能分析，对操作检修进行总结。

空压机节能改造分析
文/周峰李晓梅李映昕
关键字：空压机节能改造
概述
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。

作为基础工业装备，空压机在冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石化、轻纺等几乎所有的工业行业都有广泛的应用。

由于空压机是装置的核心设备，因此它的平稳运行直接影响到整个装置的安全生产。

而压缩机功耗在整个装置的能耗中占有较大比例，压缩空气成本高，占大型工业设备（风机、水泵、锅炉、空压机等）耗电量的10％～20％，有的高达30％左右。

因此，节约空压机能耗是降低整个能耗和产品成本的一个重要途径。

而如何采取合理有效的措施，对压缩机进行降耗分析就变的十分的关键。

空压机理论分析
某厂现在基本上用的都是活塞式空压机，活塞式压缩机是利用活塞在气缸内的往复运动来压缩气体以提高气体压力并输送具有一定压力气体的机械。

气缸中具有一个可往复运动的活塞，气缸上有进、排气阀门。

当活塞做往复运动时，气缸容积便周期地变化，它与吸气阀、排气阀的启闭相配合，实现包括膨胀、吸气、压缩和排气四个过程的工作循环。

活塞式空压机理论循环过程如图1所示。

每一理论循环均由吸气压缩和排气三个过程组成。

如图1所示，d-a，表示吸气过程，a-b表示压缩过程，b-c表示排气过程。

理论循环所消耗的功是进气过程功、压缩过程功和排气过程功三者之和，线段d-a、a-b、b-c、c-d所围成的面积d-a-b-c-d即表示理论循环所消耗的功。

在压缩机的理论循环中，典型的压缩过程有等温压缩、绝热压缩和多变压缩三种。

其中
等温压缩和绝热压缩系理想情况，多变压缩过程中所有状态参数都有明显变化，不同压缩过程的指示功如图2所示。

等温压缩理论循环指示功Wdb 由面积d-a-db-c-d 表示，绝热压缩理论循环指示功 Wjb 由面积d-a-jb-c-d 表示，多变压缩理论循环指示功Wbb 由面积d-a-bb-c-d 表示。

从图中可以明显看出，循环指示功与压缩过程特征之间的关系：Wdb< Wbb < Wjb 。

由热力学知识可知： 理想气体状态方程式：
MRT
pV RT
pv ==
式中： R=8314/μ； μ—气体分子量；υ——气体比容m 3/kg T—绝对温度， T= t+273 °K V—气体容积 m 3
M—气体质量 kg
（1）等温过程
在压缩过程中，气体温度不变，T=常数。

状态方程式： MRT pV RT
pv ==、由：
()k
1k 12121
k 2112k
11111k 22k 11k k p p T T V V T T V V p p MRT V p MRT pV V p V p pV pV −−⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝⎛======;常数
循环过程功：W 进气过程功：p 1V 1 排气过程功：-p 2V 2 压缩过程功：
∫
2
1
pdV
取外力作功为正：
221
1
2
111221
2111112
ln
ln
p p p p p W p V p V pdV Vdp dp p
p W p V J
p V W MRT V =−+=−=−∴==∫∫∫
3
2121,,m
V V p p p a
进气体积、排出体积，进、排气压力，−−−−
(2) 绝热过程
压缩过程中，气体与外界无热量交换，q=0
MRT pV RT pv ==、由：
绝热过程方程式：
1
2
21212211V V p p MRT MRT V p V p pV pV ======常数
k—绝热指数，只随温度变化。

等容比热等压比热；−−−−=
v p v
p C C C C k
单原子气体：k=1.66 ~ 1.67
双原子气体：k=1.40 ~ 1.41 多原子气体：k= 1.10 ~ 1.30 理论循环过程功 W
()211
2112111
1
k k p p p k
W Vdp pV J k p k W MR T T J
k −⎡⎤⎛⎞⎢⎥
==−⎜⎟⎢⎥−⎝⎠⎢⎥⎣⎦
=−−∫
（3）多变过程
非等温、非绝热下的相对较实际的压缩过程。

多变过程方程式：
11
22
(m m
m m pV pV p V p V
m ===−−常数多变指数）
11
212122121211m m
m m
p V T V T p p V T V T p −−⎛⎞⎛⎞⎛⎞===⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠
理论压缩循环功（多变过程）
211
211111
m m p p p m
W Vdp p V J m p −⎡⎤⎛⎞⎢⎥
==−⎜⎟⎢⎥−⎝⎠⎢⎥⎣⎦
∫
1
21111
m m p m
W MRT J m p −⎡⎤⎛⎞⎢⎥
=−⎜⎟⎢⎥−⎝⎠⎢⎥⎣⎦
往复活塞式压缩机常采用水冷和风冷。

一般： 1＜m＜k。

高压气缸级：m≈k
从三种压缩过程中可以比较出等温压缩过程用功最少，采用强制冷却，保持气缸温度不变。

绝热压缩过程用功最多。

多变压缩过程用功在两者之间，较符合实际。

气体压缩机采用水冷或风冷目的是减少温度的变化。

所以，把相同体积的气体，P 1压到 P 2，等温压缩所需外功最省。

因此，设法实现压缩全过程等温化则是最好的节能方法，但实际中我们只能使每级压缩前的温度在等温压缩线的温度值上，同时应设法降低气缸的温度。

从等温压缩的希望来讲，气缸的温度降得越低越好。

节能分析
某厂活塞式空压机在实际生产中，额定排气量为50m3/min，耗电250kW，装置运行一段期间后，发现空压机环境温度过高，并且发现该空压机耗功增加，排气量不稳定且逐渐降低。

经过对活塞式空压机进行仔细的检查之后，就如上问题进行了分析，提出了解决方案，使空压机提高生产能力，并发现在实际生产中，空压机系统有着极大的节能潜力。

实际生产中气体在压缩过程中属于多变压缩过程，即压缩功所产生的热量只有一部分被导出，要想使压缩机在较为接近等温压缩理想状态下运行，必须把气体被压缩时产生的热量尽可能多地移走。

压缩机移走热量的方法有2种，一是用冷却水冷却气缸，二是用冷却排管降低压缩后气体的温度。

我们怀疑该空压机环境温度过高，是由于冷却系统出现问题，因此进行了仔细的检查。

经检查发现，该厂使用的冷却水多为未经处理的一次水，生产中极易结垢，生产一段时间后发现中间冷却器及后冷却器存积水垢，严重时部分冷却器管芯完全堵塞失去换热功能。

具体处理方法：用部分临时塑胶软管将泵、冷却水管道和换热部件连成封闭循环系统。

化学清洗液由泵从冷却水进口送入、经换热部件从冷却水出口流出进入泵入口循环清洗，待合格后对冷却器内壁进行化学预膜处理。

并把该装置各个部件逐个进行清洗。

在以后空压机中修时，将中、后冷却器浸于除垢剂水箱若干时间除去管束内表面较薄沉积物即可。

采取以上措施后，不仅避免了强力机械除垢不完全造成气体与管束换热不均，而且避免了强力机械除垢可能对管束造成的破坏，同时减轻了检修工人的劳动强度。

提高中间冷却器的换热性能，使进气温度能满足于近似等温压缩的进气温度，保证回冷完善降低各级气缸的温度，使每级压缩过程接近于等温压缩，从而提高空压机功耗，是最好的节能办法，因此保持中间冷却器在良好的运行状态和换热效果是十分必要的。

另外，对压缩机进行节能也需要综合考虑。

空压机的气路系统由滤风器、气缸、吸排气阀、活塞组件、冷却器、密封装置和贮气罐等组成。

外界的大气经过清洁和压缩后通过输气管路到使用设备，这一过程也存在较大的节能潜力。

如果活塞与缸套内壁密封不严（间隙过大）、吸排气阀年久失修（或修理不善）等就会造成严重漏气，直接减少了空压机的排气量，我们在对某厂该设备进行检查时发现，该空压机功耗增加，排气量不稳的原因就在于设备存在严重的漏气，使其效率下降。

要使压缩机节省功耗，对吸排气阀的要求是开闭迅速，阻力小，密封性能好。

按国家标准的规定其漏气系数应达到0.95以上，定期进行工作参数的测试，及时发现和解决问题是十分必要的。

同时也要定期检测气缸与活塞的余隙。

所谓余隙是指活塞到达止点时活塞与缸筒端部之间的间隙以及排气阀通道所占的空间。

排气过程结束后残留于余隙中的高压气体在活塞返程时会膨胀降压，直到其压力略低于进气管压力时进气阀才被开启，此时气缸开始进气。

余隙容积过大，将导致排气量下降。

在检修中，可通过调整活塞杆和十字头联接部位衬垫的厚度以保证活塞与缸筒中心线一致。

必要时可通过改变缸盖和缸座尺寸来调整。

另外，输气管路中压缩空气的泄漏也是造成气路系统能耗增大的重要原因。

管路系统的能耗损失主要表现在沿程管路损失和漏气压力损失。

合理地选择（或设计）输气管路的管径和管材，高标准、高质量地安装和施工，才能达到投资少，能耗损失小，确保输气管路的安全可靠性能。

主要表现在沿程管路损失和漏气压力损失。

合理地选择（或设计）输气管路的管径和管材，高标准、高质量地安装和施工，才能达到投资少，能耗损失小，确保输气管路的安全可靠性能。

总结
我们按照上述方法对空压机进行检修与改造后，发现保证冷却器的换热性能大大降低了压缩机的排气温度，提高了设备的安全性并降低了空压机能耗；发现保证气管路系统的严密
性不出现泄漏，提高了设备的排气量，节能效果显著。

综上所述，这些方法的实施，使设备运行平稳，减轻了运行人员的频繁调整和检修工作量，同时提高了某厂的运行效益、节省了大量的能源。