纺织厂空压管网节能优化改造，为企业每年节约40万余元的电费

    现代纺织经过多年的发展和技术进步，压缩空气的应用技术已经相当成熟。压缩空气应用在气动加压、喷气织造、并网、加弹机网络、加弹吸枪、气动落纱、仪表自控等环节。压缩空气的应用是一个高耗能的过程，所以空压系统的节能显得特别重要。根据一项纺织行业的调查结果，空压系统五年的运行成本构成中，系统的初期设备投资及设备维护费用仅占到总费用的15%，而电能消耗构成的成本则高达85%。

    实际生产中，压缩空气系统运行的效果基本上不理想，这不仅表现在旧的系统中，新装配的系统中也有同样的问题；设备不匹配、管路损失大、系统泄露、不正确的使用和不适当 的系统控制等问题。生产运行过程中，最常见的问题是管段管径的选择过小。当管径选择过小会出现一系列的后果：a.管道内压力损失过大，空压机的能耗增高，b.空压机长时间高负荷运行，寿命将会降低。综上所述，空压管网的管径优化对于整个系统的优化显得十分重要。本文以浙江纺织厂的空压管网为例进行研究。

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空压系统构成及概况

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空压系统构成

    一个典型的有油压缩空气系统包括空气过滤器、吸气消音器、空压机、油分离器、后冷却器、除油器、储气罐、输气管道等设备。空气从吸入管吸入，经空气过滤器，吸气消音器进入空压机内压缩，经油分离器、后冷却器冷却，除油器除去油雾后进入储气罐，经供气总管接到供气管网送至各用户。

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压缩空气管道系统的分类

    根据管理的形式不同可分为枝状管道系统和环状管装系统。

    枝状管道系统：枝状管网只有一个气源，由一条管道供气，形式接近于树枝的形状。即输送至某一管段 的气体只能由一个方向供给，每个用气点的气体只能来自一个方向。这种系统比较常见，系统简单，投资少。

    环状管道系统：管道之间纵横相互接通，形成环状。这种系统不论供气和压力都非常稳定，但是其劣势是需要较大的初期投资。

    本文研究的系统只有一个气源，而且每个用气点的气体都来自一个方向，因此属于枝状管道系统。

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浙江某纺织厂空压站及管道系统概况

    浙江某纺织厂的油空压站内设有7台美国SULLAIR公司空压机，其中6台空压机型号相同，为LS25S－350h型，其额定输出压力是0.8Mpa，额定排气量为44.5立方/min；另外一台空压机型号为TS32S－350h，其额定出压力是0.8Mpa，额定排气量为57.1立方/min。空压站布置如图1所示。 

    车间管道系统为枝状系统，压缩空气从储气罐中出来以后通过主管道进入车间，经过管首分配到各个用气点，图2为车间管道系统简图。

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空压管网优化

    空压站内空气管道系统的阀门、弯头等管道附件比较多，但是管线长度一般比较短。车间内管道则相对较长，设备管道附件相对比较少。这种特点导致空压站内阻力损失主要在局部阻力，车间阻力损失主要集中在沿程阻力。所以选择合适的管径，优化管道布置，尽量做到输送距离短，尽可能减少使用弯头，在保证工艺要求下，减少压力损失对空压管网的优化及节能有很大意义。压缩空气的流速υ采用8~12m/s；车间管道υ采用5~15m/s。管道内流速选取后，则可以确定管道的合适管径。

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管道阻力计算

    压缩空气管道内流速υ： 

    式中：υ—压缩空气在工作状态下的管内流速，m/s；

    Qg—压缩空气在工作状态下的体积流量，m3/min；dn—管道直径，mm。

    压缩空气管道直径dn； 

    通过对压缩空气系统管径的优化，确定最优的管径大小。计算出压缩空气系统优化前和优化后的沿程阻力损失和局部阻力损失，将沿程阻力损失和局部阻力损失求和得到压缩空气系统优化前后的总阻力损失，即可得出压缩空气系统优化后的优化量。

    沿程阻力计算公式为： 

    局部阻力计算公式为： 

    式中：L—线管段长度，m;ρ—工作状态下的压缩空气密度，kg/m3；λ—管道摩擦阻力系数；ξ—局部阻力系统。

    总阻力计算公式为： 

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优化前后阻力计算

    空压管道的管径要合理选择，当管径过大时，则增加了不必要的投资费用，同时管道压力降不足将导致末端用气设备工作压力过高，无法正常工作。然而管道管径过小则会导致压力损失过大、耗能增加等一系列问题。

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空压站内压缩气体管道的阻力计算

    首先确定有油空压站最不利环路，然后进行阻力计算。查表得，压力为0.75Mpa时，压缩空气的密度ρ＝8.233kg/m3；已知优化前空压系统管道管径，当dn＝0.1m，管材为无缝钢管，管道内壁绝对粗糙度Ra＝0.2mm，其摩擦阻力系数λ＝0.023；当dn＝0.25mm，管材仍为无缝钢管，管道内壁绝对粗糙度Ra＝0.2mm，其摩擦阻力系数λ＝0.018。各个管段的阻力计算结果如表1所示。 

    经计算空压站内优化前流速大部分都高于流速推荐值8~12m/s的范围，有些流速则低于推荐值。将计算结果汇总后，得出优化前管道总阻力为14016.5Pa，优化后总阻力为8880Pa。这一数据表明优化效果十分明显。

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车间压缩空气管道的优化前后阻力计算

    对于车间的压缩空气管道，选择最不利环路进行计算，具体计算不再赘述，计算结果见表2。表2显示，优化前阻力损失为68935Pa，优化后阻力损失为30758Pa。

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经济分析

    空压管网阻力损失每降低14kPa，空压机功率可减小1%。

    A）空压站内压缩空气管网，压力损失减小5.14kPa，管网能耗约降低0.37%。空压机组总功率为2100KW，空压系统改造后能耗可降低7.77KW,按照纺织厂每天运转24小时，全年运行360天计算，纺织厂每年可节电67132KW·h，按照浙江工业用电电价0.75元/KW·h，每年可节约电费5.04万元。

    B）车间压缩空气管网压力损失降低38kPa，该压缩空气管网能耗约降低2.72%，空压系统改造后能耗可降低55.4KW，每年可节电478224KW·h，为纺织厂每年节约电费35.9万元。

    管网优化后每年可以节电545356KW·h，即减少运行成本40.9万元。通过理论分析，管网改造费用为40万元，投资回收期为1年。

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结论

    A）压缩空气的能耗在纺织企业中占有很大比重，采取选择压缩空气的流速、优化管径措施后，每年节电545356KW·h，节约运行成本40.9万元，节能效果显著。

    B）压缩空气管路分析系统中，管径的大小将会直接影响管路的压力损失。在满足设备所需压力基础上，尽可能降低压缩机的输出压力，则压缩机的轴运动减小，既可延长设备的使用寿命，又可节约用电成量。此外，尽量做到输送距离短，尽可能减少管道弯头，在保证工艺要求下，减少压力损失。