SMC压缩空气节能培训XXXXVer30

1--工程技术课李博压缩空气系统节能技术2节能背景当前，我国在气动系统上每年耗电量高达2000亿度，而在气动节能技术的研究和应用上几乎还是一片空白。我国企业在气动技术使用中存在效率偏低、浪费严重、欲实施节能也缺乏经验、无从下手等问题。我国企业工厂中现有的气动系统存在30%左右的节能空间。3内容1.压缩空气系统的组成及特性2.压缩空气的使用比例及成本3.压缩空气的节能路线4.压缩空气系统节能改造的途径5.节能改造实施步骤6.节能改造成功案例7.压缩空气节能高潜力行业4压缩机・空气量、输出功率、压力・油冷式、无油式？・水冷、空冷？・台数・变频机？・运转方法？储气罐・容量冷凝水冷凝水分隔阀旁通管路旁通管路空气过滤器油雾过滤器干燥器・容量・露点滤清器・容量・洁净度1.压缩空气系统的组成及特性5空压机的分类①活塞式空压机②螺杆式空压机③离心式空压机6空压机的性能特性0.69单位能耗(%)80901001100.490.59离心式螺杆式排出压力(MPa)活塞式离心式活塞式轴功率比(%)80901001100.490.590.69排出压力(MPa)螺杆式空气量比(%)排出压力(MPa)80901001100.490.590.69活塞式螺杆式离心式活塞机在排气压力下降时空气量会增加。螺杆机和活塞机排气压力下降动力也下降。螺杆机和活塞机排气压力下降单位能耗比下降。空气量比(％)轴功率比(％)单位能耗(％)螺杆式空压机利于节能的压缩机。降低压力时，空气量稍有增加，动力下降。活塞式空压机出乎意料地利于节能。降低压力时，空气量增加，动力也下降，一箭双雕。离心式空压机降低压力时，空气量增加，但动力几乎无变化。想要降低动力必须改变叶片的形状等。7前置储气罐的主要作用：缓冲、降温、除水除油。空气通过储气罐时高速的气流撞击到储气罐壁使其产生汇流，在储气罐内温度快速下降，使大量的水蒸气得到液化，从而去除大量的水份及油份。后置储气罐的主要功能：储能、缓冲，防止过滤器堵塞后造成气压的不稳。注意：碳钢类储气罐长期使用因水气存在内部易出现锈蚀。储气罐的安装位置：空压机→储气罐→初级过滤器→冷干机→精密过滤器→储气罐→车间后置储气罐前置储气罐缓冲净化系统的组成及现状8干燥机依据使用要求可分为冷冻式、吸附式和膜管式三大类。冷冻式干燥机原理：冷媒与压缩空气进行热交换高温/低温型露点范围：+2～10度吸附式干燥机原理：高压吸附，低压脱附无热型耗气量≤14.5%微热型耗气量≤6%有热型耗气量≤2%露点：-20～-40度膜管式干燥机原理：高分子隔膜处理适合小流量露点：-40度甚至更低需要特别注意的是：吸附式干燥机需要消耗一定部分的压缩空气9过滤器压缩机产生的压缩空气通过过滤器可以得到更洁净的空气。根据不同用途来考虑过滤器的组合。①主路过滤②雾状微过滤器③活性过滤①主路过滤器除去1～3μm以上的固体物质③活性碳过滤器除去味道（油粒子)②雾状微粒过滤器除去0.01μm以上的油分、固体物质需要特别注意的是：2年或者压降大于0.1MPa时，请注意更换滤芯；101）用户管理不到位在除水时经常出现排水器液堵和冷媒泄露情况，大多数用户是对后部装置产生影响的情况下才发现问题。2）露点难监测决大多数用户未配备露点监测装置，难以判定工作情况。3）内部构件出现泄露内部自动排水器易损坏，漏气。4）吸附式干燥机耗损压缩空气量大由于对露点有严格要求，用于吸附剂再生的耗气量大。5）过滤器寿命短由于维护不良造成配套过滤器过快堵塞，管压降大。目前净化系统的问题：11目前管网系统的主要问题：问题①：管路压降比较大，管径普遍偏小；问题②：管路受腐蚀严重；问题③：泄露点较多，增加不必要的空气损耗；问题④：产能增加，管路随意接入。需要特别指出的是：在新设备接入时，要考虑目前管网的负荷；122.压缩空气的使用比例及成本气动系统的能耗主要表现为压缩机的用电。AC电源AC电源ppQQ电磁阀压缩机空气气缸空气净化设备压缩空气喷枪DC电源96%3%1%典型气动系统图13产生压缩空气需要成本压缩空气的电费一般工场压缩空气的电费：0.1元/m3(ANR)电费成本电费成本:84%:84%初期成本：7%（压缩机、安装工程、附带设备）选用节能效率和控制性能更佳的压缩机维护成本:9%(定期保养和维护)电费（元/kWh）需要动力（kWh）单位能耗（元／m3）×排气量×60(m3/min）(min)＝14基准状态和标准状态基准状态标准状态温度[℃]020绝对压力[kPa]101.3100相对湿度0%65%NTP1)ANR2)1.2931.1851)：NormalTemperature&Pressure的略写。2)：AtomosphereNormale&Reference的略写。状态表示符号密度[kg/m3]补充概念：需要说明的是：由于0℃是冰点温度易于实现，在测量行业基本上都采用基准状态对流量计进行标定和表示。基准状态下的常用流量单位为Nl/min和Nm3/h2733101.PQQNTP293100PQQANR换算公式：工况下的体积流量，即压缩状态下的体积流量都可换算成基准状态和标准状态下的体积流量来表示。设绝对温度θ[K]，绝对压力P[kPa]的工况下的体积流量为Q[l/min]，其基准状态和标准状态下的体积流量可用如下公式求得：[Nl/min](1)[l/min(ANR)(2)15空气流动时，空气流束所含的有效能表现为动力形式，称之为气动功率。在空气压力等于大气压力时气动功率为零，压力越高气动功率越大。E＝pQlnー＝Qalnーpppapapa绝对压力大气压力标准状态下的体积流量工况下的体积流量气动功率（Watt）气动功率的概念dtpplnQpdtEEaaa3.压缩空气的节能路线此气动功率由北航教授，SMC中国公司技术中心顾问蔡茂林提出；16流量1m3/min(ANR)的流动空气的气动功率气动功率(kW)空气绝对压力(MPa)气动功率与压力的关系0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.50.10.20.30.40.50.60.70.80.91Absolutepressurep(MPa)AirpowerP(kw)ExpansionpowerTransmissionpower需要指出的是：压缩空气与液体不同，在传送传送能的同时，如前所述还具有利用其膨胀性进行对外做功的能力，我们称利用膨胀对外做功的能量为压缩空气的膨胀能；压缩空气在压缩状态下流动时，与液体一样传送该能量，我们称该能量为压缩空气的传送能压缩空气的可压缩性而产生的膨胀功率在气功功率占有很大的比率。说明：当前气缸的驱动回路中，膨胀能量基本没有得到有效利用，这也是将来提高气缸效率必须面对的一个问题。17大气温度1000l/min(ANR)0.7MPa(G)大气温度1000l/min(ANR)0.5MPa(G)p1,Qaap2,Qaa功率损失=0.49kW3.49kW3.00kW气动功率气动功率的计算18dtpplnQpdtEEaaa流量压力时间降低空气的能耗其中P---压缩空气的绝对压力Pa---大气压绝对压力Qa---换算到大气状态下的体积流量t---压缩空气使用时间可见：只要降低流量Qa、压力P、时间t中的任何一个值，能耗会相应降低。流量压力时间19降低能耗的方法减少泄漏，选用节能喷嘴，停止搅拌用气…降低设备供气压力，摘出高压设备，降低配管压损…停机断气，吹气连续改间歇，缩短吹气距离…削减流量降低压力缩短时间200.48MPa(G)0.38MPa(G)2000mm2500L/mi(ANR)0.39MPa(G)0.38MPa(G)2000mm2500L/mi(ANR)内径12mm内径20mm压力损失：⑴沿程压力损失（缓变流引起的损失）221udlpl沿程压力损失21221upm⑵局部压力损失（急变流引起的损失）局部压力损失的发生部位：弯头，阀门内的流动等管路示意图因此：管路设计要尽量避免局部压力损失，保证首末段压力差不大于0.15MPa224.空压系统节能改造的途径对象实施顺序1.按实施难度：易-〉难2.按实施效果：大-〉小实施确保原则1.不降低生产设备的稼动率和生产效率2.不增加产品的不良率23压缩机储气罐干燥器滤清器冷凝水冷凝水分隔阀旁通管路旁通管路空气过滤器油雾过滤器末端用昀少的投资得到昀大效果的顺序24末端用气节能加工型企业中喷嘴的耗气量50%25①管内压力损失大②出口喷速小③流量大现状对策①管内压力损失小②出口声速喷出③流量小0.6MPa(G)0.1MPa(G)0.6MPa(G)0.5MPa(G)喷嘴使用中的问题及对策26流量比较01002003004005000.10.20.30.40.50.60.7MpaL/minφ2.5喷嘴φ5铜管冲击力比较01002003004005000.10.20.30.40.50.60.7MPagφ2.5喷嘴φ5铜管喷嘴改善的实验验证数据喷嘴的参考理论吹力=a×Qa×uρ大气密度大气状态下的流量出口流速27省能用节能喷嘴KNH高效喷嘴KNS喷嘴KN喷嘴VMG1喷枪28减少泄露14,100kWh272l/min(ANR)2mm56,402kWh1088l/min(ANR)4mm3,525kWh68l/min(ANR)1mm881kWh17l/min(ANR)0.5mm折算成压缩机年耗电量(24h×360day)泄漏量(0.7MPa压力下)泄漏孔径工场中的空气泄漏：通常是供气总量的5%～30%。68l/min(ANR)3,525kWh/年直径1mm290501001500246穴径（mm）洩れ量（m3/Hr）配管内压力越高，泄漏量越大计算一下管线泄漏量。（工厂设备停止状况下进行）测定储气罐压力在稳定后（此时压力为P1）降低到P2所需的时间（t）。Q＝（P1－P2）ｘCPsｘ工厂里可能存在这样的泄漏状况？泄露与压力关系Ｑ(m3/min)＝0.009xｄ2xP0.83MPa0.69MPa0.39MPa高压=大泄漏量Q：泄漏量（m3/min）C：储气罐容量（m3）：管道容积Ps：大气压力（MPa）P1,P2：压力（MPa）ｔ：压力从P1降至P2所需时间(min)30泄露点的位置及泄露量检测PR-DNN1681PR-DNN16820年初期泄漏5～10%1-4年使用泄漏0～30%5年以上寿命泄漏60～70%压缩空气泄漏的形成31分散设置并相互配合，分散风险管网配置Ⅰ分散设置Ⅱ分散集中设置优点①排气配管短，漏气损耗及压力损失也小。②生产线要求可任意设定管路压力，使用方便。③配合生产线的停止，可单独停止。①日常检查、保养、定期整备等，每条生产线都要进行，管理较麻烦。②压缩机出现故障时，整条生产线都会停止生产。不足分散式对于分散设置，导入变频机可以发挥节能效果。32切断不需要的空通过与台数控制器的组合，更容易实现节能效果。与可控制全体容量20%的变频机相结合，吸收负荷更能体现效果。设置电动阀，切断不需要的空气･･･泄漏最小化负荷负荷SVSVSVSVⅢ集中设置集中式优点①大容量对应使单位耗能下降，节省电费。②可进行台数控制，根据全部所需空气量提供相应压力，自动停止多余的空压机。③保养管理方便，所有设备均在一处进行保养管理较方便。不足①管道施工工程费用高。②管道较长，易发生压力损失和泄漏。③即便仅需要少量空气的情况下也需要大型机运转。33降低管路的压力损失连接仅将管路环状化，压力损失便可减至1/4压力损失是管路流速（υ）的2次方倍负荷管内流速约5m/s1/21/2负荷负荷负荷①管网环状化②尽量减少弯曲（弯头）③分隔阀尽量采用蝶阀替代球阀④管路直径加大⑤减少冷凝水蓄积⑥管路材质（选用不易生锈、阻力小的材料）排水34压缩机提供压力0.6MPa0.8MPa高压空气提供给必要的高压负荷设备0.55MPa低压负荷设备减压后0.3MPa低压负荷设备减压后0.3MPa增压压缩机一般用空气增压装置0.8～1.0MPa增压装置增压阀工厂内所使用压缩空气不仅限于全部使用同一压力。低压设