滿滿干貨:如何評估和消除壓縮空氣泄漏?壓縮空氣又是一種昂貴的能源動力源,持續(xù)降低壓縮空氣整體的運(yùn)營費(fèi)用,是每一個工廠管理者的重要課題。 壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中最為廣泛應(yīng)用的動力源之一,由于其具有安全、無公......
壓縮空氣又是一種昂貴的能源動力源,持續(xù)降低壓縮空氣整體的運(yùn)營費(fèi)用,是每一個工廠管理者的重要課題。
壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中最為廣泛應(yīng)用的動力源之一,由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn),使其在現(xiàn)代化、自動力領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣。壓縮空氣又是一種昂貴的能源動力源,持續(xù)降低壓縮空氣整體的運(yùn)營費(fèi)用,是每一個工廠管理者的重要課題。
壓縮空氣泄漏幾乎是工廠里最常見的一種能源浪費(fèi)。平均壓縮空氣的泄漏量占整個壓縮空氣量的30%,這意味著每年數(shù)以萬計的電費(fèi)支出是被泄漏掉了。有些泄漏是非常明顯的,它不但發(fā)出很大的噪聲,甚至可以通過觸覺和視覺發(fā)現(xiàn)泄漏的發(fā)生。而有些泄漏又非常隱蔽,除了微小的不容易聽到聲響之外,“隱蔽”的泄漏往往發(fā)生在工作場所背景噪聲較大的環(huán)境中。以上所有的泄漏,組成了整個系統(tǒng)中的泄漏源。
泄漏通常發(fā)生在以下這些部位:
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管道接頭、快插接頭
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壓力調(diào)節(jié)器(FRL)
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經(jīng)常打開的冷凝水排放閥
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破損的軟管,破裂的管道
一個正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng),難以避免會有泄漏的發(fā)生。根據(jù)美國能源部(DOE)相關(guān)調(diào)查結(jié)果和本文作者長年經(jīng)驗總結(jié),每一個系統(tǒng)都有泄漏現(xiàn)象存在,近60%的工廠對于空氣系統(tǒng)中的泄漏未采取任何措施。
當(dāng)然,一個工廠希望徹底消除泄漏幾乎不可能,我們能夠做到的就是將壓縮空氣的泄漏控制在一個合理的范圍內(nèi)。這個“合理”的范圍和工廠的規(guī)模與新舊有很大的關(guān)系:
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對于新建系統(tǒng)(少于1年)或小型工廠,泄漏率控制在5%到7%之間
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對于2~5年的系統(tǒng)或中型工廠,泄漏率在7%到10%之間
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對于超過10年的系統(tǒng)或大型工廠,泄漏率在10%到12%之間
泄漏不僅僅直接導(dǎo)致能源的浪費(fèi),它也在間接導(dǎo)致著工廠停工風(fēng)險增高。當(dāng)泄漏現(xiàn)象加劇時,整個壓縮空氣系統(tǒng)的壓力會下降,如果希望保持空氣系統(tǒng)的壓力,就必須要開啟額外的壓縮機(jī),這也會使整個工廠的用電成本進(jìn)一步抬升。在有些工廠,有大量的間歇性排放裝置,如電子排污閥,這些閥門基本以固定時間間隔排放冷凝水或其它廢液,而排放時間內(nèi)當(dāng)廢液已經(jīng)排放干凈之后,大量的壓縮空氣就會離開壓縮空氣系統(tǒng)。在某個時間,可能會存在多個排放閥同時排氣的情況,這時整個系統(tǒng)的壓力會突然下跌,甚至超過系統(tǒng)能接受的最低壓力而造成整個系統(tǒng)的停產(chǎn)。這是一種典型的運(yùn)行事故。
由于壓縮空氣是由空氣壓縮機(jī)做功而制造出來,空氣壓縮機(jī)又由電動機(jī)拖動,所以空氣的泄漏就間接意味著電能的浪費(fèi)。定量壓縮空氣泄漏是一件比較復(fù)雜的工作,在不同空氣壓力下,不同大小的泄漏點(diǎn)和泄漏空氣量關(guān)系如下表:
泄漏量和電費(fèi)金額可以用以下公式估算:
式中:
E:每年泄漏空氣折合電費(fèi)金額,元
QLeak:泄漏量,m3/min
6.5:平均的比功率參數(shù),kW/(m3/min)
TYear:每年的空氣供氣時間,小時
Ce:電費(fèi)單價,元/kWh
以3毫米小孔在表壓7bar壓力下的泄漏作為計算,一個月浪費(fèi)的電能就需要支出2500元電費(fèi)(注:假設(shè)24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),每月30天,電費(fèi)單價¥0.8/千瓦時)。
在實踐中,有三種方法常被用來定量評估壓縮空氣的泄漏量,它們分別是:
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儲氣容積測定法
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壓縮機(jī)運(yùn)行測定法
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超聲波泄漏檢查法
假設(shè)一個空氣系統(tǒng)是密閉的,只有泄漏作為壓縮空氣離開空氣系統(tǒng)的唯一方式,對于壓縮空氣系統(tǒng)有以下泄漏計算公式:
式中:
QLeak:泄漏量,m3/min
?P:壓力差,bar
P0:絕對壓力,bar
V:泄漏的空氣量,m3
T:測試時間,min
舉個例子,如果一個空氣系統(tǒng),其儲氣總?cè)莘e(包括儲氣罐和管路等)為6 m3,泄漏的壓縮空氣導(dǎo)致3分鐘內(nèi)儲氣罐壓力從7barg下降到6bar g,那么泄漏量為:Q=2 /min,在3分鐘內(nèi)共計泄漏了6 m³的空氣。
閉空氣系統(tǒng)中所有的用氣設(shè)備,確保所有壓縮空氣系統(tǒng)中空氣都是以泄漏方式離開系統(tǒng)的。
開啟一臺壓縮機(jī),采用加卸載模式(On-Line/Off-Line)運(yùn)行,記錄壓縮機(jī)的壓力設(shè)定點(diǎn)Pon和Poff和各運(yùn)行時間。
式中:
QLeak:泄漏量,m3/min
Q:壓縮機(jī)的排氣量,m3/min
T:加載運(yùn)行時間,min
t:卸載運(yùn)行時間,min
舉個例子,如果一個空氣系統(tǒng)中只有一臺10m³/min的壓縮機(jī)在運(yùn)行,壓力設(shè)定點(diǎn)是7bar~8bar,平均加載運(yùn)行時間1.5分鐘,卸載運(yùn)行時間1分鐘,那么泄漏量為:Q=6 m³/min,在3分鐘內(nèi)共計泄漏了18 m³的空氣。
壓縮空氣泄漏檢測的困難在于大部分管路都無法輕易觸及,它們或安裝于高空,或隱藏于箱體,而且由于空氣泄漏無法從視覺上判斷出來,所以超聲波檢測是一種常用的方法。超聲波通常是指頻率高過20kHz的波段,而人耳所能接收到的上限值為16.5kHZ,利用這一特性,超聲波檢測壓縮空氣泄漏可以在工業(yè)檢測中得以應(yīng)用。
超音波泄漏檢測儀是一種使用專用儀器,任何氣體通過泄漏孔都會產(chǎn)生渦流,會有超音波波段的部份,超音波泄漏檢測儀能夠感應(yīng)任何種類的氣體泄漏。通過接收空氣泄漏發(fā)出高頻“嘶嘶”的聲音,從而確定泄漏點(diǎn)的方式。
超聲波泄漏檢測儀通常由麥克風(fēng)、濾波器、指示器和耳機(jī)組成。泄漏量和測試的距離及超聲波的數(shù)值有關(guān)系,不同廠商生產(chǎn)的超聲波泄漏檢測儀有不同的參數(shù)表。
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巡視整個工廠,快速挑出空氣系統(tǒng)中明顯的大型泄漏點(diǎn),如開啟的閥門、軟管上的抹布(有些工人為了掩飾漏點(diǎn)而覆蓋抹布消音),仍在供氣,但未啟動的機(jī)器,排水閥,快插等等;
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在巡視過程中可以勾畫一條最合適的檢測路線,可能時繪制管線圖,對將來的確定泄漏點(diǎn)非常有幫助。
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用泄漏測試槍仔細(xì)檢測所有的空氣管路,記得一直佩戴耳機(jī),當(dāng)較難確定泄漏方位時,可調(diào)整靈敏度。
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從供氣端開始,逐步將檢測向使用端推進(jìn)。
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建議將檢測區(qū)域細(xì)分,逐一進(jìn)行,避免重復(fù)檢測或者漏檢。
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檢測到泄漏點(diǎn)后,用標(biāo)簽標(biāo)注位置,確保泄漏標(biāo)簽可以一直懸掛在泄漏點(diǎn)至少到泄漏消除(建議不拆除,以便復(fù)檢)。
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在泄漏點(diǎn)維修后再次進(jìn)行檢測,有時候維修會導(dǎo)致新的泄漏點(diǎn)產(chǎn)生。
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計算泄漏量大小。
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編撰泄漏檢測報告。
實踐中,泄漏檢測服務(wù)工作往往會將上述多種方法綜合運(yùn)用:通過方法一和二計算空氣系統(tǒng)的總泄漏量,其結(jié)果作為管理層決定是否進(jìn)行具體泄漏點(diǎn)檢測的依據(jù)。方法三可以測量和標(biāo)記中每一個具體的泄漏點(diǎn)。
在查找到并定量化壓縮空氣泄漏點(diǎn)之后,運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法,可以輕松得到泄漏清單并規(guī)劃出下一步修復(fù)泄漏的工作范圍。由于修復(fù)泄漏會產(chǎn)生成本,在實際中經(jīng)常采用帕累托最優(yōu)分析確定修復(fù)的優(yōu)先級,下圖是泄漏檢測報告中常見的所有泄漏點(diǎn)帕累托分析圖。我們只需要將泄漏量最大泄漏點(diǎn)修復(fù),就可以花最少的資源產(chǎn)生最大的價值。
由于泄漏通常在管道連接處發(fā)生,所以修補(bǔ)泄漏的方法可以很簡單:直接把泄漏部位擰緊;也可能會非常復(fù)雜:更換發(fā)生泄漏的部件,如接頭、連接件,甚至總成。
有些設(shè)備本身未配置自動切斷供氣的部件,對于這些設(shè)備可選配電磁閥,在停機(jī)時接收信號自動切斷氣源,或者在進(jìn)氣管上安裝一個球閥,設(shè)備操作結(jié)束時手工切斷氣源。這些都是簡單但有效的減少泄漏的方法。
有些國外的壓縮空氣工程公司習(xí)慣于盡量降低系統(tǒng)的壓縮空氣壓力,或者降低子系統(tǒng)的供氣壓力來減少系統(tǒng)泄漏量。從前述圖表數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),壓縮空氣壓力越低,空氣的流量也就越小。通過壓力流量調(diào)節(jié)裝置來減少因為壓縮機(jī)加卸載運(yùn)行而造成的空氣壓力波動也可以起到穩(wěn)定壓力,減少空氣泄漏的目的。
壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行并不意味著整個系統(tǒng)是高效的,壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的方式有很多種,其中消除或減少泄漏是最直接的節(jié)能方式。
修補(bǔ)泄漏是每個人的工作,當(dāng)泄漏點(diǎn)大到一定程度時,不用借助任何工具就能夠發(fā)現(xiàn)它的存在。根據(jù)經(jīng)驗,泄漏檢查的投資回收期通常在半年以內(nèi)。工廠管理者應(yīng)當(dāng)把泄漏評估和修復(fù)作為一項經(jīng)常實施的工作,在日常工作中及時發(fā)現(xiàn)泄漏,每一年或者每半年對整個工廠的管理進(jìn)行一次徹底的泄漏檢查,所帶來的能源節(jié)約將大大超過泄漏檢查本身的成本。
隨著科技的不斷發(fā)展和管理手段的不斷提高,通過一些有效的方式對系統(tǒng)的泄漏做出定量計算和檢測,進(jìn)而采取措施對泄漏情況作出相應(yīng)的改造,就能夠為企業(yè)帶來顯著的能源節(jié)約效果。在能源日益緊張的今天,這種改造無論對企業(yè)本身或是對國家都是有深遠(yuǎn)意義的。
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