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行业资讯

空压机节能系统应用自动排水器分析

空压机节能系统应用自动排水器分析

空压机(compressor)节能系统应用自动排水器分析

   
 前言 


  能源日益枯竭,人类已意识到若不改善当前状况,地球村的灭绝似乎指日可待,故而国际间节能减排正如火如荼地展开。至2015年10月底,已有155个国家提交了对抑制地球变暖做出贡献的减排承诺。 


  温室气体中的二氧化碳是地球暖化的元凶之一,发电过程会产生二氧化碳的排放,所以减少用电即有助于温室气体的减量。 


  空压机(air compressor)系统运用于产业界非常普遍,几乎与水、电一样不可或缺,但其为高耗能、低效率的生财设备,却鲜少受到关注。金沙澳门官网平台在空压机的进、排气口安装消声器或设置消声坑道以后,气流噪声可以降到80db(a)以下,但空压机的机械噪声和电机噪声仍然很高,因此还应在空压机的机组上安装隔声罩。4、悬挂空间吸声体:在佛山凌格风空压机站,高大空旷的厂房混响很重。由于工厂电费成本内包含许多机械(machinery)设备及照明灯具的费用,致使能源成本高占其总运转成本约80%的空压机系统,被大部份用户忽略了。 
提高空压机系统(system)能源效率(efficiency),不只攸关产业本身的生产成本与竞争力,减少温室气体的排放,对于人类生存环境的改善,亦有实质的贡献。 


  不只是冷凝水 


  空压机汲取环境空气加以压缩,制造压缩空气以供工厂之用。环境空气中含有许多水蒸汽,经空压机压缩之后,空气体积变小、密度增加,经过冷却之后,其温度降低,水蒸汽呈过饱和状态,若干水汽凝结成为液态水。 


  环境空气含有许多不明、甚或有毒物质。工业区附近的环境空气中,这些杂质的浓度更高,经过压缩之后,其密度亦随之增高。由于压缩过程的高温作用,部份有害物质会融解于冷凝水中,使其PH值偏低,成为具有腐蚀性的液体。 


  冷凝水芳踪何处 


  工场内空压机(compressor)的流程,一般为:空压机-汽水分离器-储气罐-初级过滤(filter)器-冷干机-精密过滤器。


  空压机(compressor)压缩过程(guò chéng)中一般不会产生冷凝水,(设计不当或温控阀失效时除外),但经冷却后,只要压缩空气温度低于压力露点,本来以气体状态存在的水蒸汽即凝结为液态水。图1乃空压系统在一般运转工态下的冷凝水分布。 


  为何储气罐化身为储水桶? 


  若空压机之冷却器功能正常,压缩空气中之水蒸汽,于冷却器出口端大部份已凝结成液态水,此处若安装一个高效能气水分离器及自动排水器,空压机吸入的水分,约有80%可以去除。但空压机制造厂,为了成本(cost)考虑,只有少部份厂商安装上述设备,有些则使用简易的装置(Apparatus),而多数空压机制造商(又名:生产厂商)均无此设计。所以大部分冷凝水就往下游(比喻落后的地位)移动(mobile),空压机系统(system)的储气罐因而累积了大量的冷凝水。 


  工厂内实际使用时,使用者常自行于储气罐(gas container)下方装设一个自动排水器,但因湿度高,储气罐极易生锈(Rusty),故常见储气罐下方的自动排水器堵塞,整个储气罐变成储水桶。又或者使用者不信任自动排水器,干脆打开储气罐下方球阀,以微开的方式排水,但实际上,排掉的却是昂贵的能源——压缩(compression)空气。


  产品不良、设备故障的主因——冷凝水(condensate water) 


  空压系统未安装或安装功能不佳的自动排水器,使用者可以花费较低的初购成本。但使用时,压缩(compression)空气含水分太高,容易使储气罐、气动设备(shèbèi)生锈、故障,电磁阀线圈烧毁、涂料无法被覆、粉体结块无法输送、滤芯堵塞、冷干机效能不佳、离心(Centrifugal)机叶片损坏等。可以说,气动设备的故障原因,90%以上是因压缩空气中的水份所引起。为了节省极低的自动排水器费用(expense),却付出更多的维护修理成本,甚至产品不良、延期交货、商誉损害等惨痛的损失,可谓因小失大! 


  漏气,漏掉的是企业的竞争力 


  现代化的工厂几乎均使用空压机,其运用于产业界非常普遍,空压机停摆几乎与停水、停电一样,将使生产线瘫痪。但由于空气无所不在,取之不尽、用之不竭,且工厂电费内包含许多机械设备(组成:驱动装置、变速装置等)及照明灯具的费用(expense),致使能源成本非常昂贵的压缩空气,被大部份使用者忽略了。 


  压缩空气的能源转换率非常低,大约只有25%而已,所以压缩空气是工厂内最昂贵的能源。根据美国能源部数据显示,未经能源查核并实施节能改善的空压机系统,大约有20%~30%的泄漏量。 


  2014年中国全社会用电量达55,233亿千瓦时,工业用电量占全社会用电量的70%(中国标准局2005研究)。一般马达用电量约占工业用电之70%,而空压机用电约占马达用电之18%,故约略可计算空压机系统(system)一年的用电量为: 


  55,233亿kWh×70%×70%×18%= 4,871亿kWh 


  若以美国能源部的泄漏估算数据计算,全中国空压机系统之泄漏损失将达121,7亿kWh(4,871亿kWh×25%) 


  若1kWh电费以人民币0.8元计,则泄漏损失将约达1,000亿人民币,至为可观!(如图2) 
  明显与不明显的泄漏 


  密封环、快速接头、法兰片垫片、气压缸胶环、控制阀内漏属于不明显的泄漏。可用肥皂泡或超音波测漏仪,探知其泄漏并加以维修。 


  离心式空压机(compressor)各级冷却器排水、无热式吸干机、涡流制冷器、手动泄水阀、自动排水器的泄漏均属明显的泄漏。使用者明知其泄漏严重,却碍于既有设备、技术或经费限制,或对压缩空气价值的错误认知,任由昂贵的压缩空气消失于无形。 


传统排水器的限制 


  理论上,空压系统内之冷凝水(condensate water),以自动排水器即可将此水分排除。但传统之自动排水器,不论机械式或电子式(定时器+电磁阀)或电子液位控制之自动排水器,均有许多结构上缺陷。例如:电磁阀式的排水通道直径小且通道弯弯曲曲,容易堵塞。电磁阀膜片容易破裂。机械式则有许多零件泡于冷凝水中、单次排水量小,动作(action)频繁、短时间内就可能堵塞等,导致传统自动排水器可靠度低、故障频仍,使用者信赖度极低。 


  空压机系统泄漏点极多,其中自动排水(drain)器是空压系统最小却影响深远的附属设备,使用者明知有漏气之虞,长期以来却又无适当的设备得以解决痛点。 


  空压自动排水器应具备的性能 


  空压系统对于工业的重要性与日俱增,自动排水器是联结空压系统各设备间不可或缺的环节。金沙澳门官网在启动前,首先启动油泵控制系统,油泵控制系统启动后保证空压机各润滑部件润滑良好,同时油泵控制系统可通过内置的温控阀来调节内部油压和油温,以满足系统需要。是故,空压系统之自动排水器必需具备下列功能: 


  1.节能 
  只排水,不排气。昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。 
  压缩空气是工厂内最昂贵的能源,只排水,不排气,是自动排水器最基本的要求。 


  2.效率 
  单次排水量大,动作频率低,使用寿命才能延长。 


  3.可靠 
  储水槽内最好不要有活动零件,因冷凝水极脏并具腐蚀性,水槽内无活动组件,可降低故障(fault)率,提升可靠度。 


  4.安全
  自动排水器是空压系统中,最微小的配件,但影响整体空压系统的运转与应用质量。故其是否正常运作应具远程监视功能,保障(起保障作用的事物)空压系统之安全运转 


  球阀型液位控制自动排水器的原理 


  由于空压系统之冷凝水多寡,随环境因素而改变,唯有以液位感测的方式决定排放时机,方可达到只排水,不排气的节能(Energy saving)要求。昆山空压机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式,旋转叶片或旋转螺杆。离心式压缩机是非常大的应用程序。而以球阀作为排水主体,其孔径大、直线形排水通道最不易堵塞。但其旋转角度定位及转速控制技术难度较高,是目前市场上最新的冷凝水排放技术。 


  球阀型无耗气自动排水器,以液位传感器侦测水位,决定排水时机,其动作原理如下:  



  (1)当冷凝水滴入储水槽内而达高水位时,液位传感器发出讯号,电动球阀打开排水。 


  (2)当冷凝水被排出,水位渐降而至传感器低水位时,传感器再次发出讯号,电动球阀关闭。 


  (3)冷凝水并未完全排干,留下些许冷凝水形成水封,压缩空气不会随冷凝水排放,达到只排水,不排气的节能效果(如图3)。 


  如何选用无耗气自动排水器 


  一般机械性浮球排水(drain)器或计时型排水器,大部分均只有一个型号,长久以来养成使用者误以为:「一个自动排水器可以适用所有大小不同空压系统」的误认。 


液位控制之无耗气自动排水器,以液位感应决定是否排放,故除了前述之节能、效率、可靠、安全必需具备外,排水器的选择需考虑: 


  1.环境温度 
  2.环境(environment)湿度(shī dù) 
  3.空压机(compressor)的流量 
  4.压缩(compression)空气压力 
  5.压缩空气冷却后的温度 


  由于上述五个变素会改变冷凝水的多寡,影响排水器的选型。一般使用者常为了节省费用,选用较小的排水器。但选用过小之排水器,除了排水器动作频率提高,使用的时长将缩短外,亦有可能过载而无法使用,导致冷凝水往下游移动的现象。所以购置任何排水器前,必需计算自动排水器装置点的冷凝水量,选用大小适当的自动排水器。 


  润滑油空压机系统因冷凝水中含有少量润滑油,故其冷凝水ph值约为中性,自动排水器一般为铝合金,已符所需。但无油式空压机,冷凝水没有机油的中和,环境中的二氧化碳、有害物质,均可能溶解于冷凝水中。故使用于无油式空压机系统之自动排水器,应选用不锈钢(不锈耐酸钢)制品(Products),以免自动排水器组件的腐蚀物,堵住排水口或锈蚀损坏而影响排水功能(gōng néng)。 


如何安装(installation)无耗气自动排水器? 


  计时型自动排水器依设定之时间(time),决定是否开启排水器排水。当其开启时,系统压力高于环境之大气压力,故无论其装置点高于排水口,或排水管路弯曲、远近,均不致影响其排放,因为高压往低压作用是不变的物理现象。 


  而任何型式的无耗气自动排水(drain)器,装置于空压系统时,除了刚安装完成后,第一次开启排水阀门时,空压系统对无耗气排水器有高压对低压的现象外,其余时间排水器与空压设备连成一体,其间并无压差现象。故若排水器入口高于空压系统排水口,即产生「气锁」现象(图4),冷凝水就无法流入排水器。当此状况发生时,液位传感器即无法侦测到高水位,自动排水器即无法作动,用户常以为产品瑕疵所致(如图4)。 


  无耗气自动排水器的节能案例 


  案例:单台螺杆式空压机之变频及排水器改善 


  本案为系统改善之先期可行性评估测试(TestMeasure)。业主为一著名螺丝厂。厂内分为十个生产工厂。螺旋式空压机(compressor)有100HP及50HP,共22台,为测试空压机节能改善之效益,先选一台100HP传统螺旋式空压机为先期试验,测试其效果,以做为厂内全面推广依据。 


  1.量测纪录 
  (a) 由施工单位记录改善前状态,并测量该空压机之单机效率及运转耗能(如表2)。 
  (b) 该厂为订单生产,因螺丝产品数量大,业主为确认改善效益,特选一产品规格统一,空压机耗能状态(status)几乎全年不变之工厂,自行记录一年该机之耗电状态。 


  2.节能(Energy saving)潜力计算 
  (a)单机耗能比 
  由施工单位测量该空压机之单机耗能比纪录如表
  3: 
  (b)运转耗能量测(如图5) 
  (c)量测数据计算: 
  需求流量:13.1×67%=8.78m3/min 
  耗能比:75kW-hr/(60×8.78)=0.142 
  改善潜力预估 


  预估改善后耗能: 
  (a)变频改善后耗能=(8.78/13.1)×87.5 kW=58.65kW 
  (b)预估运转压力调降1bar可省能6%= 58.65kW×6%=3.5kW 
  预估改善后总耗能:58.65kW-3.5Kw =55.15kW 
  预估节能比率:(75-55.15)/75=26% 


  预估一年节能: 
  8,000h×(75-55.15)=158,800 (kWh) 
  预估一年节电成本=:158,800kWh×2.5=NT$397,000 


  3.成果报告(如表4) 
  上述节能改善案中,球阀型无耗气自动排水器的节能分析(如表5)。 


  由以上案例的呈现,可以发现,一般人认为些微的漏气无关紧要,但24小时经年累月的泄漏,其累积的损失却极为惊人。 


  用户因传统排水器的价格印象,较高价的无耗气自动排水器尚无法普及。金沙澳门官网工作时,空气经过自洁式空气过滤器被吸入,通过PLC自动清洗过滤器,空气在经过进口导叶自动调节后进入一级压缩,经一级压缩后的气体温度较高,然后进入中间冷却器进行冷却(水走管内,气走管外,中冷器的水流量要求为110m/h)之后进入二级压缩系统但其价格成本相对于昂贵的压缩空气成本,其实只是九牛一毛而已! 


  提高空压机系统能源效率,不只攸关产业本身的生产成本与竞争力。当企业竞争日趋严峻、营收微利化后,产业除了必需不断创新、降低成本以提升竞争力争取市场外,更需以符合环保要求之绿色生产方式,提高能源效率、降低温室气体排放量,减少产业因经济活动对地球环境(environment)的污染,善尽地球公民的义务。 



  
   


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