空压机节能分析

摘要：分析了影响离心空压机能耗的有关因素，并对如何降低空压机阻力、降低空压机能耗提出了措施和 建议。

关键词：空压机；节能

中图分类号：TE08文献标识码： A

引言

我部空压机主要由5台500m³/min离心式压缩机以及7台70m³/min 无油活塞式压缩机组成。其中5离心式压缩机于2000投入运行，7070m³/min 无油式活塞压缩机于96年投入运行。通过对机组进行 系统的分析，空气管路系统的阻力大，造成空压机的排压 高、能耗高。较同行业，低压空气用电高出约300度/吨。本文对影响离心式空压机排压、功耗、排气 量的原因进行了理论分析，并结合空压机的性能曲线和实际运行情况对如何有效地降低空气 系统阻力、进一步优化该机组的技术经济指标、降低机组 能耗提出了改进措施。

一、70m³/min活塞式压缩机效率分析：

已知：排气量 V1=70m³/min （折进气状况），进气温度T1=27+273=300K.

至发酵岗位表压P2=2.2kgf/cm² ；至岗位空气温度T2=70+273=346K

单罐空气流量 =1550立方/h，种子罐单罐流量=300立方/小时，若开四台小空压机则单台空压机排气量V2=（1550m³/h×3+300）/60min/4台=20.6m³/min。

求的V1=57.2，则效率=57.2/70=81.6%。

而实际电机负荷效率为95.4%，说明70m³/min空压机有效功率低，机械磨损大，应给予淘汰。

二、影响离心式空压机能耗的因素分析

离心式空压机的电耗（Kw.h/h）与排气量、环境温度、 压力比及效率等因素有关，计算公式如下：

式中：ρ为标准状态下空气密度，ρ=1.293kg/m3；Vk为空压机的排气量，m3/h；R'为气体常数，R’=0.278 kJ/（kg.K）；T 为环境温度，K；P2 为排气压力，MPa；P1 为进气压力，MPa；ηT 为空压机的等温效率；ηM 为空压 机的机械效率。

从式(1)中可以分析：

(1)环境温度 T，空压机效率ηM，受自然条件、设计等因素影响大，人为因素影响小，基本上可以看作常数；

(2)进气压力 P1，则电耗 W。P1 由当地大气压力P0 和空压机吸气系统阻力（主要是过滤器的阻力）决定，所以采用高效过滤器、操作上定期除灰使过滤器的阻力控制在设计范围内也是空压机节能的重要途径；500m³/min离心式压缩机采用目前最先进的自洁式过滤器，但进气阻力仍然差距较大，1#-3#进气阻力在1.3 KPa，而4#-5#为0.4 KPa ，根据计算，进气阻力每降低1 KPa，使电耗降低0.3-0.4%（相当于每小时节电 25kWh）；

(3)空压机的等温效率ηT，则电耗 W。ηT与操作条件有着非常密切的关系。所以在操作中重点是确保气体在各级冷却器得到充分冷却，使压缩机尽量趋近于等温压缩，有效提高压缩机的等温效率，降低空压机电耗；

(4)空压机的排气量 Vk，则电耗 W。目前我部低压空气压力控制较高，提高发酵水平降低空气用量，将是有效降低电耗的办法。

(5)排气压力 P2，则电耗 W。通过理论计算可知，在其它参数不变的情况下，空压排气压力降低 30Kpa，则空压机电耗每小时可降低 100多度，节能效果非常明显（另外，空压机特性曲线反映出：排压 降低后，排气量会增加，从而达到增产降耗的双重作用）。

三、 空压机性能曲线与管网特性曲线分析

2.1空压机性能曲线

空压机性能曲线是由压缩机本身的性能决定的，其反 映了空压机排气压力 Pc、功率 W 随空气流量 Q 的变化关系，如图 1 所示。通过性能曲线可以找到压缩机的最佳工作点。图中压缩机在 A 点的工作参数为 P1、Q1、W1，在 B 点的工作参数为 P2、Q2、W2。图中反映出：当排压由 P2 降为 P1 后，空压机的耗电量随排压降低而降低，而排气量却是增加的，此时既达到了节能的目的，增加的空气量还有利于提高氧气产量。所以工作点 A 的经济性比工作点 B 好,所以在压缩机运行中要尽量使工作点趋近 A 点。

2.2 管网特性曲线

管网特性曲线如图 2 所示。由于气体在管网中的流动阻力与流量的平方成正比，即：

ΔP=AQ²

式中：ΔP 为管网的阻力损失；Q 为管网的气体流量；A为管网的阻力系数。

图2空气管网特性曲线

图 2 中的二次曲线代表了气体在管网内流过时，阻力损失与流量之间的关系。当气体流量为Q 时，管网的阻力损失为ΔP ，当用户的工作压力（如精馏下塔压力）为Pr 时，则压缩机的排压达到Pc 才能满足要求。在Pr 不变的情况下，ΔP 越低，则空压机的排压越低。

2.3 压缩机实际工作点的确定

压缩机在实际运行中，其工作点既会受压缩机性能曲线的影响，又会受到管网特性曲线的影响。所以其工作点是压缩机性能曲线与管网特性曲线的交点，如图3 所示。

图3 压缩机工作曲线

从图中可以看出，对同一压缩机而言，其性能曲线是不变的，但随着管网阻力的变化，压缩机的工作点将沿着性能曲线移动。当管网阻力降低后，压缩机的排压将由P2 降为P1，而排气量从Q2 升为Q1，如图中A 点、B 点所示。

四、空气系统阻力分析

空压机的排压（Pc）由到发酵岗位的工作压力（Pr）和系统的阻力（ΔP）两方面决定的，即Pc= Pr +ΔP。在正常的生产状况下，发酵岗位工作压力基本上是由工艺需求确定；而管网阻力在设计中虽然有一个具体值，但由于在设计后的各个工序中：包括单机（或管道阀门）的设计、安装，系统配置，操作控制等多因素的影响都会造成系统的阻力偏离设计值。系统阻力如图4 所示：

五、降低空气系统阻力的措施

(1)将列管式后冷器更换为翅片式后冷器，可降低阻力约10KPa；

(2)拆除发酵车间一楼丝网过滤器及加热器；

(3)冷却水系统优化操作，确保空压机各级冷却器、空气预冷系统的冷却效果达到最佳值；

参考文献：

[1] 徐忠主编．离心式压缩机原理．西安交通大学，2000．

[2] 李云 姜培正主编 《过程流体机械（第二版）》．

[3] DEMAG空压机操作手册，2000．

[4]陈恒编，《化工原理（第三版）》。