压缩空气系统故障排除

大多数设施不优先考虑操作压缩空气系统的成本——他们只想完成工作。最近的市场研究¹ 发现只有 17% 的压缩空气用户将效率视为压缩空气系统管理目标。 9% 的人关注控制能源成本。

71% 的受访者只是想提供一致、可靠的空气供应。

压缩空气专家注意到，许多车间人员表现得好像压缩空气是免费的，用它吹掉机加工零件上过多的油、木工设备上的锯末、地板上的灰尘等。实际上，输送压缩空气需要昂贵的设备耗电量大，需要大量维护。

一台 100 马力的压缩机的初始成本可以从 30,000 美元到 50,000 美元不等，每年可以消耗 50,000 美元的电力。同时，每年的维护成本可能高达系统初始成本的 10%。² 尽管如此，同一消息来源报告说，“许多设施不知道他们的压缩空气系统每年的成本是多少，或者他们可以通过提高这些系统的性能来节省多少钱。”

因此，对于许多设施而言，提高压缩空气效率是一个被忽视的黄金机会，不仅可以节省能源成本，还可以实现更可靠的压缩空气供应。

图 1.

首先，了解您的系统
在提高压缩空气系统的效率时，重要的是将您的系统视为一个系统。当您更改系统中的一件事时，该更改会影响其他所有内容。例如，修复泄漏会增加系统中的压力，使其他较小的泄漏变大。因此，修复泄漏和消除所谓的人为需求（非生产性空气使用）的其他情况本身并不是一个完整的解决方案。降低人为需求必须与改善能源使用和改进控制系统的策略相结合。第一步是了解您的系统、其要求以及如何调整这些要求以节省能源。

确定您的运营成本
操作压缩空气系统的主要成本是维护和电力。维护成本可以根据您的资产管理系统或通过审计向您的压缩空气系统服务承包商支付的费用（如果您使用）来确定。

确定系统电费的选项：

使用压缩机电机铭牌额定值（中断马力）、电机铭牌效率（或估计值）、年运行小时数和每千瓦时的电力成本计算满载运行。年电费是这四个变量的乘积³
通过使用钳形表或万用表测量满载时进入压缩机的电流和电压，更精确地确定满载电力消耗，以及随后的能源成本
使用功率记录仪确定实际用电量（以千瓦为单位）并测试功率因数

确定需求要求
根据每分钟立方英尺的需求随时间的变化情况来估算您的压缩空气负载曲线。具有不同负载要求的设施通常可以从先进的控制策略中受益，而需求量相对短暂的设施可以从空气存储选项中受益。

为了建立负载曲线，在不同的需求条件下测量整个系统的流量和压力。注意各种负载对压缩机的影响。操作要求的显着变化可能需要一天或更长时间的监控。您可以使用数据记录器来收集和存储需求概况和功耗概况。这将告诉您高峰和最低需求何时以及为何出现。

记录系统压力
使用压力表、压力/空气流量计或连接到数字万用表的压力模块在系统的各个点进行测量：

压缩机入口（在入口过滤器处）
在润滑系统上，空气/润滑剂分离器上的压差
多级压缩机的级间
各种组件（例如后冷却器、干燥器、过滤器等）之间的压差

记录系统流程
使用手持式气流/压力计或质量流量计测量系统中不同位置和不同班次期间的总流量。

确定操作期间的空气消耗量
建立衡量改进的基准
估计非生产期间的泄漏负载

记录系统温度
使用温度来评估系统健康状况。一般来说，运行温度高于预期的设备性能不佳，需要维修。为获得最大效率，请使用红外温度计记录以下组件的表面温度：

后冷却器出口温度 - 如果后冷却器出口空气超过 100 华氏度的最高入口温度，则可能需要采取补救措施
旋转润滑压缩机的出口空气温度。正常操作需要低于 200 华氏度的温度
压缩机的进气温度

采用系统方法进行改进
提高工业压缩空气系统性能的三个基本策略是降低人工需求、改进控制策略和提高能源利用率。请记住，一个领域的进展可能会影响其他两个领域，从而使这一过程成为一个持续的过程。

降低人工需求意味着修复泄漏并寻找不同的方法来执行浪费压缩空气的任务。观察车间实践，并查看例如使用系统空气清洁零件和设备的情况。然后，教育员工压缩空气不是免费的。

泄漏控制的第一步是估计泄漏负载。预计会有一些泄漏（小于容量和功率的 10%），但 20% 到 30% 的泄漏既常见又不必要的浪费。确定泄漏负载作为基准来比较改进。

由于控制系统各不相同，估计泄漏负载的方法也各不相同。如果您的系统是带有启动/停止控制的系统，只需在系统没有需求时启动您的压缩机（轮班之间，或者如果您的操作不是 24/7，则在非轮班期间）。读取几次读数以确定由于泄漏导致卸载已加载系统的平均时间。

泄漏量 (%) =(T x 100) ÷ (T + t)，其中

T =加载时间（分钟），以及
t =卸载时间（分钟）

在具有更复杂控制策略的系统中，在接收器下游放置一个压力表并估算系统体积（V，以立方英尺为单位），包括所有二级接收器、主管道和管道。同样，除了系统泄漏外没有任何要求，将系统升至其正常工作压力（P1，以 psig 为单位）。选择第二个压力（P2，大约是 P1 值的一半）并测量系统下降到 P2 所需的时间（T，以分钟为单位）。

泄漏（cfm 自由空气）=[(V x (P1 – P2) ÷ (T x 14.7)] x 1.25

1.25 倍增器将泄漏修正为正常系统压力，从而说明随着系统压力降低而减少的泄漏。

获得此基准后，您可以使用超声波检漏仪来查找和修复泄漏，该超声波检漏仪可识别与空气泄漏相关的高频嘶嘶声。与使用画笔将肥皂水涂抹在可疑区域的旧方法相比，这种检测方法更快且更简洁。

最常见的泄漏区域是在使用点。特别注意接头、软管、管子、配件、螺纹管接头、快速接头、FRL（过滤器、调节器、润滑器组合）、冷凝水收集器、阀门、法兰和填料。

改进控制策略，包括添加需求扩展器（压力/流量控制器）等组件，应与控制泄漏和其他人为需求一起进行。

目标是为工厂提供最低稳定压力的压缩空气，同时通过足够的高压空气存储来支持意外需求。补充储存的空气应使用最小的压缩机马力。

监控压缩器的使用和查找：

压缩机无用运转；
压缩机，除微调压缩机外，未满负荷运行；
未能维持相对较低平均压力的操作；和
有时提供低于最低系统要求的操作。

通过泄漏修复和改进的控制策略，您可以省去一台或多台大型压缩机（在多压缩机系统中），从而显着降低能源使用量。你也可以加回来

一个小型压缩机，用于在低需求期间保持系统充满电，并消除大型压缩机在低于满负荷的情况下运行的低效率。改善能源使用涉及提高系统供需双方的设备效率。整个系统的效率取决于每个部件的正确选择、正确安装和严格维护。

在供应方面，请考虑以下组件：

压缩机的原动力
压缩器控件
空气处理设备
烘干机
过滤器
接收器
储存容器

此外，很容易忽视储气罐处理冷凝物积聚的方式。有些只是让水充满，从而降低容量并冒系统损坏的风险。其他人有一个旧的自动化系统，可以定时打开阀门，无论是否有必要。这基本上是泄漏；一个更好的解决方案是阀门只在需要时打开，并在水排出后立即关闭。

最后，确定整个系统的尺寸和布局，使从压缩机到使用点的总压降明显小于压缩机排放压力的 10%。

在需求端，关注以下几个组成部分：

冷凝液/润滑剂分离器
空气/润滑剂分离器
热回收系统
使用点系统

将系统性能与生产联系起来
最终，提高生产力是衡量成功的最终标准。使用此处描述的策略，定期将系统输出（在 psig 下每分钟立方英尺）和能源消耗（千瓦时）等结果与生产单位相关联。一般来说，除非产量随着压缩空气负载的相应增加而增加，否则预期改进会导致能源使用减少。如果产量没有随着压力的增加而增加，则根据需要调整控制。

如需更多信息，请访问 Fluke Corporation 网站 www.fluke.com。

注意事项

¹ 请参阅提高压缩空气系统性能的“附录 D”：在线行业资料手册，网址为 http://www.compressedairchallenge.org/library/index.html#Sourcebook。受美国能源部 (DOE) 委托，在压缩空气挑战赛 (CAC) 的技术支持下进行的研究。

² 提高压缩空气系统性能：工业资料手册：第 12 节，“压缩空气系统经济学和向管理层出售项目”，第 12 页。 69.

³ 见同上，第 10 节，“基准压缩空气系统”，第 10 页。 61. 以及第 11 节，“确定您的压缩空气系统分析需求。”

量化能源成本
在一个典型的美国工业设施中，产生压缩空气会消耗大约 10% 的总电费。在某些情况下，它会超过 30%，估计每 1,000 立方英尺的空气成本为 18 到 30 美分。

同时，压缩空气系统的效率可低至 10%。例如，以 100 psig 的压力运行 1 马力的气动马达需要向空气压缩机提供 7 或 8 马力的电源。

以下是计算压缩空气美元成本的方法：

成本 = （bhp x 0.746 x 运行时间 x $/kWh x % 运行时间 x % 满载 bhp） , 电机效率,

哪里

马力 =电机满载马力，经常高于电机铭牌马力，

0.746 =马力与千瓦的换算系数，