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壓縮空氣供氣系統節能手冊六、壓縮空氣管線節能措施由空氣壓縮機壓縮送出之空氣必須藉由配管輸送至現場用氣設備，而配管的設計或施工不良，將會產生以下的問題：1.壓力降變大，流量不足2.凝結水無法排出3.氣壓設備作動不良，產品品質不穩定4.保養及檢修困難對於壓降變大，流量不足之問題點，一般之原因在於輸送管線設計不當或隨著工廠的擴增，既有管線的管徑不足，流速過快造成壓降變大。6.1、設計不當圖6.1所示為一最簡單且最為常見之壓縮空氣管線配管方式，在此一型式下，如果配管管徑選擇不良，當每一工作站皆在消耗氣體時，則管路下游的工作站將得不到適當的操作壓力及足夠的氣量。又當某一工作站之用氣量突然增加時，則管路下游的壓降將急速增加。因此，以此方式設計、配置之管線並不是一良好的壓縮空氣管線。圖6.1、直線式配管為改善直線配管之缺點，當現場空間許可時，應儘可能採用環狀配管，如此之方式對於某一工作站用氣量突然增加時，可由雙方向急速補充氣體，使壓降減至最小程度。因此為得到較穩定(穩定之壓力及穩定之氣量)之壓縮空氣供給，宜採用此種配管方式。圖6.2、環狀配管除以上兩種配管方式外，空氣壓縮機的安裝位置將使得以上之配管方式延伸成四種，見圖6.3，其分別為(A)單供應端環狀管線(B)多供應端環狀管線(C)單供應端直線管線(D)多供應端直線管線對於無空氣壓縮機連鎖控制的情況下，機台在以上各種配置下之能源耗用，依效率的良否而言，依次為最佳--(A)單供應端環狀管線佳-----(C)單供應端直線管線良-----(B)多供應端環狀管線普通--(D)多供應端直線管線由以上可歸結出單供應端管線較之多供應端管線空氣壓縮機的能源4041使用效率為高，其主要原因在於採用多供應端的系統，由於管線壓損造成空氣壓縮機無法在用氣量減少時，適時感測出並進行機台的卸載或停機，而是一直處於低負載的狀況下運轉；而在第四章的空氣壓縮機能源效率檢討中已提到空氣壓縮機的低負載即代表能源使用效率不良。對於多供應端管線之問題在以往的確不易解決，但目前由於各項控制設備的普及，已可藉由對整個壓縮空氣系統自動監控，使其在低用氣需求時可自動強迫機台卸載或停機，並依各機台之能源效率曲線，啟動適合之機台進行供氣。圖6.3、空氣壓縮機位置與管線關係另在各種配管迴路上，應考慮針對各個獨立之區域配置關斷閥，使其可在不影響其他區域供氣情況下，分段隔離，進行維修作業。而為使壓縮空氣管線中之水份能順利排除，管線在設計及架設時必須呈一傾斜，角度約為1～2%，並在每一段管線之最低點裝設排水裝置。圖6.4、配管的排水6.2、空氣洩漏防止就國外各種資料及本中心多年來檢測壓縮空氣系統之經驗，管線造成之能源浪費，最主要為洩漏，而定期的洩漏點檢為克服此一浪費的主要方式。洩漏點檢之方式就本中心多年來之經驗，最佳方式為全廠停工時，啟動空氣壓縮機供氣至現場，使其由各洩漏點排出，再利用超音波沿管線檢測出各洩漏點，當使用超音波檢測儀器，圖6.5所示為本中心所使用之超音波槍，當以此槍進行空氣管線之洩漏點檢時，其洩漏與無洩漏處之差異有5～10dB，可非常容易的檢測出洩漏4243點；當檢測出洩漏位置後，可立即加以檢修或先行標示後再安排檢修。按以上方式，可非常有效的發掘出各種洩漏並加以防止。圖6.5、超音波檢測槍圖6.6、超音波檢測槍顯示面板除此之外，就本中心多年之服務經驗，壓縮空氣管線中之洩漏多產生於各種轉接點或三點組合處，為節省時間起見，可預先準備這些材料，並於洩漏點檢時即時進行維修。除以上的洩漏點檢外，對於洩漏量的掌握也可在進行洩漏點檢之前及改善完成之後進行量測，按本中心目前所使用之洩漏量檢測方式，參見本手冊3.2節，為一較為可行之方式。一般而言，要求壓縮空氣管線完全不洩漏並不切實際，但佔系統總供氣量10%以下為一必須達到之目標。6.3、空氣管線壓損降低壓縮空氣輸送管線中，壓降的增加將造成空氣壓縮機輸出壓力的上昇，而空氣壓縮機輸出壓力每上昇1kg/cm2，則耗電量上昇約4～8%，為此必須定期檢討管線上壓降的問題，並加以正確的克服，而不是一味的提高空氣壓縮機輸出壓力。對於管線上的檢討，應分以下三項目進行。1.管徑2.閥件及接頭3.其他配件6.3.1、管徑的檢討對於管徑的大小的檢討，可利用以下之公式進行。D=1.533×(Q/P)0.5上式中D：最小管徑(inch)Q：流量(Nm3/min)P：絕對壓力(錶壓力Kg/cm2+1.033Kg/cm2)當計算出之管徑大於目前使用之輸送管徑時，表示目前使用者過小，4445即有可能造成壓降過大之問題。其解決方式有二：1.更換既有管線為較大管徑管線2.另加支管，降低原管線流量除以上方式外，當然壓力的提昇也有助於管徑的大小的縮小，但如此方式會大幅提高空氣壓縮機能源消耗，是一絕對錯誤的解決之道，不可不注意。6.3.2、管件、閥件及接頭的檢討壓縮空氣在通過管路或閥體時，由於流體分子與管壁間的摩擦，會產生壓降，一無脈動空氣流動於清潔與光滑之管線中之壓力降可以下式計算得知。f=0.125×L×q2/(r×d5.31)上式中f:壓力降(psi)L:管長(ft)q:自由空氣量(ft3/sec)r:壓縮比d:管內徑(inch)由此公式中可知出，影響壓力降的最主要因素有二，其一為流量(q)，另一為管內徑；當流量每增加一倍時，壓力降變為原值的四倍；當管徑減小一倍時，壓力降變為原數值的39.7倍。因此降低空氣管線前後端壓降的最佳方式為增加管內徑。除以上所提及之管長、流量及內徑等會影響壓力降外，壓力降的大小也和空氣中凝結水的多寡、管壁粗糙度等有關。一般對於管件、閥件及接頭等之壓力降計算，使用如表6.1所示之等效長度對照表，其中所列之數值(L/D)為相當於管線直徑的倍數。由此表可知當一空氣管線中之彎頭、接頭及閥增多時，等效長度也變長，因此管線前後的壓降也會變大。另由閘閥四種開度(全開、3/4、1/2及1/4)之等效長度，從全開時的13急速上昇至900，相同46之效應也會產生在其他種閥件上，因此為降低空氣管線中的壓力損失，各種閥件的開度應儘可能保持在全開或全閉。表6.1、管線中各配件之等效長度(L/D)球閥，全開450角閥，全開200閘閥，全開開度3/4開度1/2開度1/41335160900擺動逆止閥，全開135線上球逆止閥，全開1506”以上蝶閥，全開2090O標準彎頭3045O標準彎頭1690O長直徑彎頭20標準T接頭通過支管由支管流出20606.3.3、其他配件在管線上另一會嚴重影響空氣壓縮機供氣效率，即會造成壓降上昇者為過濾器。常見之過濾器大多是利用空氣通過細密的篩網來達到過濾的目的，也由於如此之結構，必然會因時間使用久了之後，篩網阻塞，氣體通過的阻力增加，直接造成空氣通過時的壓損變大。為解決此問題必須檢討過管線上各類型過濾器的安裝，對於非必要過濾器應拆除，對於絕對必要之過濾器則必須定期更換或清理。圖6.7所示為常見於壓縮空氣主管線之過濾器，其濾網篩目可分為40μ、3μ、1μ、0.01μ等多種，其工作原理是壓縮空氣自其濾心之中間引入，利用濾心內部與外部之壓差，使空氣穿過濾網再導出。47在此範例過濾器上另裝置有壓差錶，利用此錶所顯示之數值，可決定出濾心是否需進行清理或更換。圖6.7、空氣主管線過濾器而圖6.7所示為常見於現場之三點組合，其由三個元件組合而成，分別為過濾器、壓力調節器、潤滑器。其中過濾器由於負有除水之任務，必須定期進行排水，方可發揮功效；而其中之過濾網也必須定期清理或更換，以避免壓降的上昇。圖6.8、空氣使用端之三點組合4849