压缩空气系统监控装置必要性分析

　　【买空压机网】“双碳”是当今社会最大的经济、科技趋势之一，在此背景下，在工业生产中平均占工业设施用电量15%，有些工厂甚至高达45%的压缩空气系统将不可避免地成为节能降耗的主要对象。而以10年为单位进行观察，电力费用可以占压缩空气系统总成本的75%以上。此外，我国大部分工业企业对压缩空气能耗重要性认识不足，节能意识淡薄，也在一定程度上加剧了用户电力成本的增加。

　　由于压缩空气系统比较复杂，涉及到的环节较多，因此影响压缩空气系统能耗的因素非常多，其中比较重要的包括设备因素、安装因素、使用因素等等。

　　通过监测压缩空气的使用、识别压缩空气低效运行和泄漏浪费，以及投资新的高效空压系统设备，是企业通过减少电力消耗的方式来提升工厂效率的重要途径。

　　以目前国内的压缩空气系统能效水平来看，平均节能率达到20%-30%并不难。可采取的节能手段包括最初选择高效的空气压缩机类型、保持合理的使用压力、合理正确的设备安装、余热利用以及持续的高效运行和良好的维护。当然，最为重要的是采用简单经济的措施将系统泄漏率保持在最低水平。

　　压缩空气泄漏几乎是工厂里最常见的一种能源浪费形式。据行业统计，压缩空气的泄漏量平均占整个压缩空气量的20%-30%。这些泄漏产生的主要原因是管理不善，并随着年限的增加泄漏量会越来越大，如管道被腐蚀而破损泄漏、管件连接处松动、使用不当、用气设备和设施的泄漏。另外，根据美国能源部（DOE）相关调查结果和行业粗略统计显示，每个系统都有泄漏现象存在，近60%的工厂对于空气系统中的泄漏未采取任何措施。

　　由于压缩空气是由空压机做功而压缩出来，空压机又由电机驱动，所以压缩空气的泄漏就间接意味着电能的浪费。定量压缩空气泄漏是一件比较复杂的工作，在不同的压力下，不同尺寸的泄漏孔径有差异极大的空气泄漏量。因此，为空压系统安装相应的监控装置尤为重要。这不仅仅因为其能监测系统流量、压力，对于压缩系统和管道正确布局等也有指导作用，可以避免空压机超时工作并避免不必要地能源消耗。

　　空压系统监测装置可以使用传统的模拟式传感器，也可以采用无线传感器。除了需要确定适用的传感器样式之外，还应关注传感器可收集的数据类别，包括压力、湿度、温度和流量等，用以创建空压系统的完整状态。

　　近年来，工业设备数字化、智能化急剧发展，物联网深入空压机行业。相应的，一些专为压缩空气系统监控而设计的无线传感器也应运而生，它们不仅可以提供最为基础的测量功能，还可以向基于云的监控平台提供关键数据，并随时访问实时数据。大数据配合智能分析，可以为用户和设备提供最为专业的运行建议。

　　监测设备安装在空压系统的不同位置，会采集到不同的数据，做出不同的判断。但只有合适的位置才能得出最真实的运行数据，因此建议由专业人士来确定需要哪些传感器以及需要将它们放置在哪个位置。

　　如果不对现场进行测量，没有数据模型，就很难发现问题所在。运用大数据手段对空压系统进行信息化、绿色化改造，提升能源利用效率的前提是有准确的数据来源，而空压系统监测装置就是数据的提供者，同时为系统能效提升提供支撑。其主要作用包括：

　　1.监控和测量系统压力

　　一套低效的压缩空气系统每年造成数万甚至数十、上百万元能源浪费的现象，我们已司空见惯。这些低效率通常是由这些原因造成，包括：

　　·管道尺寸不合适

　　·管道内部锈蚀

　　·弯角尤其是直角拐弯太多

　　·压缩机选型不准

　　·缺乏压缩空气临时存储装置

　　空气泄漏通常是压缩空气系统中能量损失的主要来源。例如，14.5 psi的压降会消耗10%的额外能量来补充压力。此外，每产生2 psi的压缩空气相当于系统总能源成本增加1%。

　　以上问题中的任何一个都会导致空压机超时工作，从而缩短其预期寿命，这就显示出安装空压系统监控装置的必要性。比如，在关键位置放置传感器能够获取整个压缩空气系统的压力数据：压缩机站、使用点和分配管道可以识别系统中是否存在上述问题以及在何处存在这些问题。如果不通过监控装置收集这些地方的压力数据，就无法绘制压力曲线来识别压降区域。

　　2.通过湿度监测含水量

　　我们知道，空气经过空压机压缩时，动力能转换为势能，温度升高。当排出空气时，气压变小，温度降低，压缩空气中一部分水蒸气液化。压缩空气中含水造成的危害主要表现在：在气动设备上冷凝水会将润滑油带走，造成设备效率降低甚至损坏。冷凝水还会加速管路中阀门的磨损，造成气动控制设备失灵或误操作，导致产品损坏，从而导致返工和报废；使管路和设备发生锈蚀，若在管路的低点发生积水冻结，管路还有爆裂危险。在某些应用中，过多的水分还会滋生有害细菌，从而污染成品。

　　湿度传感器可以防止以上问题的出现。比如，当压缩空气系统中的湿度过高，表明干燥机、冷凝水去除系统可能存在问题，这时候就需要仔细排查汽水分离器、储气罐、干燥机吸附剂等部位。

　　3.重视流量传感器

　　压缩空气系统效率低下的一个常见原因是管路堵塞。传统压缩空气管道内壁比较毛躁，随着时间的流逝腐蚀的程度会越来越严重，内径变小，压力降变大，从而限制空气的流动。管道尺寸过小也会导致效率低下，在很多情况下，设计管道尺寸时只适合最初的用气需求，但随着用气端对空气需求的增长，管道就会因尺寸过小而无法达到用气需求。

　　管道泄漏之所以非常普遍，一种原因是管道壁常年腐蚀，加之空气带压，导致管道产生泄漏；另一种原因是由于错误的连接方式，或者管道振动、管道悬空等原因导致物理性损坏，从而造成管道泄漏。管道泄漏的重要性如上文所述，不可不重视。

　　将流量传感器安置在压缩空气系统中的合适位置，有利于准确识别潜在的泄漏、压缩空气的不当使用，以及整个系统和单独用气端的需求。

　　监测系统泄漏的最佳方法是在下游无用气需求期间，测量为保系统压力而需要的压缩空气量。所需气量越大，说明系统中存在的泄漏越多，问题越严重。

　　4.助力实现合理的系统布局

　　收集压缩空气系统的压力、湿度和流量数据后，可以对新系统布局进行分析和重新设计。最终目的是减少压降、增加流量并提供更高的空气质量。

　　一套设计合理、维护及时和能效较高的压缩空气系统，每年节省数万元并不难。它还能够通过提高压缩空气供应的可靠性和系统的安全性，来最大限度地降低生产损失的风险。

　　合理的压缩空气系统管路设计，应尽量避免出现以下几种情况：

　　·弯头太多

　　·气流突然变化

　　·管道过长

　　·未使用的压缩空气管道，没有隔离部分太长

　　·管道直径过大或过小

　　弯头的形状会导致空气突然改变方向，角度过小会让压缩空气失去流动动力。避免使用太多弯头的一种有效方法就是使用弯曲管道，某些类型的管道可以使用弯管器进行弯曲。

　　适当的支撑是管道布局设计中的另一个关键因素。如果支撑不当，过长的管道会随着时间的推移因重力作用而下垂。当下垂到一定程度时，会影响管道中压缩空气的流量。减少管道的下垂还可以消除多余的水分在管道中积聚并导致的腐蚀和堵塞。某些管道中使用的高级铝合金管具有较强的耐腐蚀性。

　　小结

　　数字化转型是实现“双碳”目标的重要途径，数字化的核心是“降本、提质、增效”，而在压缩空气领域，其实现的依据就是测量与监控工具。在空压系统节能改造、节能型空压机置换和余热余压利用等方兴未艾的当下，这些重点增利业务顺利开展的基础就是准确、客观的测量与监控，因此，对于压缩机行业而言，除开日常重点关照的整机能效、细分应用、压缩型式、驱动方式等方面，对于辅助设备与作用——压缩空气计量与监控，给予适当的关注，十分有必要，希望能引起行业相应的重视。

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