壓縮空氣是工業領域中廣泛應用的動力源之一，由于其具有安全、無公害、調節性能好、輸送方便等諸多優點，使其在現代化、自動力領域中應用越來越廣。然而，需要得到品質優良的壓縮空氣就需要消耗能量。在大多數生產型企業中壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~35%。據調查，絕大多數的壓縮空氣系統，無論其新或舊，運行的效率都很低，存在著設備不匹配、管路損失大、系統泄漏、人為需求、不正確的使用和不適當的系統控制等問題。

當然，壓縮空氣系統在經過專業的空氣系統分析評估后，企業采取恰當的措施，就可以節約能源，特別是可節約電能達到10%-50%。在能源緊張，電價不斷上漲的今天，這樣的評估改造不僅節約了能源，降低了消耗，也意味著它將能為企業帶來新的利潤空間！

• 壓縮空氣系統能源消耗和費用的構成

空氣壓縮機是空壓機站的心臟。現在當我們提及空氣壓縮機時，也同時會想到壓縮空氣系統。空壓機的供氣系統是指從壓縮機到用氣點前的所有設備，因此整個壓縮空氣系統的設備，從功能上可以分成以下幾部分：

• 產生氣源部分：如壓縮機

• 處理氣源部分：如干燥器、過濾器、分離器等

• 控制部分：如各種控制元器件

• 集輸部分：如儲氣罐、管路閥門等

壓縮空氣系統里的大部分設備都是采用電力驅動，其中空氣壓縮機消耗的電能占到總電能的90%以上。例如一個空壓站，三臺132kW機器(即24m3/min的壓縮機)，兩開一備，每年運行8000小時，電費0.65元/度，一年消耗的電費可以計算如下：

132×8000×0.65×2=1,372,800(元)

如干燥器為冷凍式，相應處理量的冷干機其功率為：8.5kW，其一年消耗的電費：

8.5×8000×0.65×2=88,400(元)

如果需要采購、建立并維護該壓縮空氣系統所需的投資應包括設備初投資、備件、人工、能源消耗等等，當考核系統在使用第一年之內的資金投入分配時，得出了如 圖1 所示的結果：

圖 1

當考慮該系統使用五年的資金總投入分配時，又得到結果如 圖2 所示：

圖 2

從兩張圖形的對比可以看出，隨著一個壓縮空氣系統使用年限的延長，其設備投資所占的比例在逐漸減小，運行電費的比例卻在大幅度地增加。在現實應用中，一個正常運行的壓縮空氣系統，其全生命周期會遠大于5年，有的甚至會持續運行達15～20年或更長。

所以，我們在考慮壓縮空氣系統投資與回報的時候，應該和其它機械產品一樣，作其全生命周期成本分析。這樣，我們會很容易發現，在壓縮空氣系統里作節能分析將給企業帶來新的設備管理思路。

關注壓縮空氣系統的節能，會給企業帶來很好的經濟效益。

• 壓縮空氣系統運行中能源浪費的原因

在壓縮空氣系統運行中，能源浪費的原因很多，其產生的主要原因如下：

1.壓縮機運行負荷率問題：

一般來說，空壓機的設計或選型都是按照負荷條件(即100%負荷)進行的。這也是一般應遵守的原則。但在實際使用中工況是變化的，生產線負荷是不均勻的。調查和資料顯示：一般壓縮空氣系統的負荷率為60～70%。

美國能源部對世界范圍內使用壓縮空氣企業的壓縮機負荷百分比的調查如圖3所示：

圖 3

以中國為例，設備滿負荷率為66%，即設備在另34%的時間里以卸載方式運行。此間，即使采用較好的常規調節方式，對螺桿空壓機而言，其功率消耗仍為滿載功率的20～45%。無油螺桿壓縮機有較低值，有油螺桿壓縮機則耗功較高。

仍沿用前述例子(一臺功率132kW，排氣量24m3/min的有油潤滑螺桿壓縮機)，現比較其以滿負荷運行和66%負荷以加/卸載方式運行的耗功情況，并假設以加/卸載方式運行時，卸載功耗較常見的為滿載功耗的35%。

表 1

由 表1 數字可見，當負荷率為66%時，其功耗和電費仍為滿載時的78%。也就是說，有相當于滿負荷功率的22%被浪費了。當壓縮機以66%負荷率運行時，功率浪費比例占實際功率的15%。

根據對中國多家壓縮機用戶的評估調查發現，在中國市場上極其普遍地存在著這種浪費，因此這是值得關注的問題。

2.壓縮空氣系統中壓縮機間運行參數設定問題：

在一個壓縮空氣系統里包含著許多設備，一般都是多臺壓縮機聯合運行，并有備機。壓縮機運行時，用氣在變化著，如何使變化著的這些參數協調起來是一個值得關注的問題，當它們的參數設定不當時，也會造成很大的功率浪費。

然而，現在卻很少有人關注壓縮空氣系統設備參數匹配的問題。由于系統是一直發生變化的，如何使動態變化中的供需匹配，需要對系統設備進行大量的跟蹤、調研工作。因此要求調試人員不僅要有很好的專業知識，而且要有高度責任感。

下圖是一個系統只有兩臺壓縮機的電流變化曲線，這個系統由一臺75kW壓縮機(由上面的曲線表示)和一臺30kW(由下面的曲線表示)壓縮機構成，一年工作350天，每天24小時，電費單價0.65元/kWh，其運行時的電流曲線如圖4所示：

圖4 未經設定前的電流曲線

從圖中可以明顯地看出，在這個系統里，兩臺壓縮機的運行控制方式都是本機的常規的加卸載控制，由于沒有很好地進行配合設置，造成其分別根據自己的壓力設置在進行加、卸載轉換。圖5 是經過重新設定的壓縮機運行曲線：

圖5 經過重新設定后的電流曲線

從圖5中可以看出，調整后主機運行平穩了，加卸載頻度大大減少，而備機的開動時間也大大減少了。

經計算，在參數未調整前，每年的電費支出約為58.6萬元，其中浪費達7.4萬元之多，因此節能潛力也是顯而易見的。而解決它的辦法就是簡單的壓力重新設定！

3.壓縮空氣系統泄漏問題

泄漏是每個壓縮空氣系統普遍存在著的現象，壓縮空氣的泄漏主要發生在管道連接處，如法蘭、接頭、快插等等部位。有資料稱，一般工廠的泄漏比例都在20%以上。表2是壓力為0.7MPa，電費單價為0.65元/kWhr時直徑為1mm2的泄漏點產生的浪費：

從上述兩組數字均可以告訴我們一個事實：在壓縮空氣系統上的泄漏造成的浪費也是非常可觀的。用心地解決之，一定會收到很好的節能效果。

• 壓縮空氣系統節能的解決辦法

根據前述壓縮空氣系統能源消耗的構成和浪費的原因我們可以看出，壓縮空氣系統的節能都能反映到能源，特別是電力的消耗上。雖然壓縮機是壓縮空氣系統里電力消耗較多的設備，但是壓縮空氣系統里的節能空間不一定全部在壓縮機本身，而設備流程配置的問題，數臺機器配合的問題乃至使用點壓縮空氣的使用情況，都會導致系統能源的浪費。

由此可見，在一個壓縮空氣系統里，選用節能運行的壓縮機固然是關鍵，如果討論系統的節能問題，我們的工作重點就應該從關注壓縮機本身轉移到系統的表現上來，只有這樣才能真正找到系統較大浪費的所在并改正它。

壓縮空氣系統節能的關鍵問題在于找到系統浪費根本原因所在和準確分析出系統節能潛力的數值。為此，我們通過了解用戶現場的使用狀況，記錄一些必要的數據并實施數據分析，在經過專業的空氣系統分析，并加上恰當地實施相關措施，能源節約可以達到10%-50%。

對壓縮空氣系統的解決方案的提供應該是從專業的壓縮空氣系統評估開始的。運行現代化的壓縮空氣系統時所碰到的疑難和低效問題總是讓人覺得很復雜和無從下手。恰當的評估是進行動態管理和使壓縮空氣系統組件充分發揮效能的唯一渠道。這是一個為用戶的整個壓縮空氣系統提供解決方案，從壓縮機到使用點，為用戶提供高能源效率的壓縮空氣系統、增加系統穩定性、提高壓縮空氣品質和保證壓縮空氣的正常輸出的過程。這也是壓縮空氣行業在今后的發展方向。

在過去的一段時間里，電力緊張的問題已經成為制約國民經濟發展的“瓶頸”，很多企業都為了維持整個社會的正常運轉而被迫被拉電、限電。所以，壓縮空氣系統能源和效率問題在目前已經作為一個專門的課題得到了一些企業和研究單位的重視，國內一些涉及節能的政府單位也逐漸將其工作中心轉移到壓縮空氣系統節能上來。

能源是產品成本的一部分，在有些產品中，能源成本占有較高的比例。產品在生產過程中消費的能源越多，成本越高，獲利空間越小，價格上的競爭優勢也就越小，這一道理是顯而易見的。目前，我國絕大多數企業經營粗放，消耗高，浪費大，經濟效益差，缺乏競爭力。節能降耗，提高能效成為高耗能企業提高國際競爭力的重要手段。我國政府十分重視以節能降耗為主的技術開發和技術改造，并給予財政支持。其目的在于鼓勵企業在激烈的市場競爭中通過節能降耗，降低生產成本，提高其在國際市場上的競爭力。