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【漲知識】| 滿滿干貨:如何評估和消除壓縮空氣泄漏?

發布者:博萊特(上海)壓縮機有限公司    時間:2021-08-03    瀏覽次數:

壓縮空氣是工業領域中最為廣泛應用的動力源之一,由于其具有安全、無公害、調節性能好、輸送方便等諸多優點,使其在現代化、自動力領域中應用越來越廣。壓縮空氣又是一種昂貴的能源動力源,持續降低壓縮空氣整體的運營費用,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。平均壓縮空氣的泄漏量占整個壓縮空氣量的30%,這意味著每年數以萬計的電費支出是被泄漏掉了。有些泄漏是非常明顯的,它不但發出很大的噪聲,甚至可以通過觸覺和視覺發現泄漏的發生。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”的泄漏往往發生在工作場所背景噪聲較大的環境中。以上所有的泄漏,組成了整個系統中的泄漏源。

泄漏通常發生在以下這些部位:

  • 管道接頭、快插接頭

  • 壓力調節器(FRL)

  • 經常打開的冷凝水排放閥

  • 破損的軟管,破裂的管道

一個正常運轉的系統,難以避免會有泄漏的發生。根據美國能源部(DOE)相關調查結果和本文作者長年經驗總結,每一個系統都有泄漏現象存在,近60%的工廠對于空氣系統中的泄漏未采取任何措施。

當然,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。這個“合理”的范圍和工廠的規模與新舊有很大的關系:

  • 對于新建系統(少于1年)或小型工廠,泄漏率控制在5%到7%之間

  • 對于2~5年的系統或中型工廠,泄漏率在7%到10%之間

  • 對于超過10年的系統或大型工廠,泄漏率在10%到12%之間

泄漏不僅僅直接導致能源的浪費,它也在間接導致著工廠停工風險增高。當泄漏現象加劇時,整個壓縮空氣系統的壓力會下降,如果希望保持空氣系統的壓力,就必須要開啟額外的壓縮機,這也會使整個工廠的用電成本進一步抬升。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,而排放時間內當廢液已經排放干凈之后,大量的壓縮空氣就會離開壓縮空氣系統。在某個時間,可能會存在多個排放閥同時排氣的情況,這時整個系統的壓力會突然下跌,甚至超過系統能接受的最低壓力而造成整個系統的停產。這是一種典型的運行事故。

由于壓縮空氣是由空氣壓縮機做功而制造出來,空氣壓縮機又由電動機拖動,所以空氣的泄漏就間接意味著電能的浪費。定量壓縮空氣泄漏是一件比較復雜的工作,在不同空氣壓力下,不同大小的泄漏點和泄漏空氣量關系如下表:

泄漏量和電費金額可以用以下公式估算:

式中:

E:每年泄漏空氣折合電費金額,元

QLeak:泄漏量,m3/min

6.5:平均的比功率參數,kW/(m3/min)

TYear:每年的空氣供氣時間,小時

Ce:電費單價,元/kWh

以3毫米小孔在表壓7bar壓力下的泄漏作為計算,一個月浪費的電能就需要支出2500元電費(注:假設24小時連續運轉,每月30天,電費單價¥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:

  • 儲氣容積測定法

  • 壓縮機運行測定法

  • 超聲波泄漏檢查法

1. 儲氣容積測定法

假設一個空氣系統是密閉的,只有泄漏作為壓縮空氣離開空氣系統的唯一方式,對于壓縮空氣系統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


舉例:

舉個例子,如果一個空氣系統,其儲氣總容積(包括儲氣罐和管路等)為6 m3,泄漏的壓縮空氣導致3分鐘內儲氣罐壓力從7barg下降到6bar g,那么泄漏量為:Q=2 /min,在3分鐘內共計泄漏了6 m3的空氣。


2. 壓縮機運行測定法

閉空氣系統中所有的用氣設備,確保所有壓縮空氣系統中空氣都是以泄漏方式離開系統的。

開啟一臺壓縮機,采用加卸載模式(On-Line/Off-Line)運行,記錄壓縮機的壓力設定點Pon和Poff和各運行時間。

式中:

QLeak:泄漏量,m3/min

Q:壓縮機的排氣量,m3/min

T:加載運行時間,min

t:卸載運行時間,min


舉例:

舉個例子,如果一個空氣系統中只有一臺10m3/min的壓縮機在運行,壓力設定點是7bar~8bar,平均加載運行時間1.5分鐘,卸載運行時間1分鐘,那么泄漏量為:Q=6 m3/min,在3分鐘內共計泄漏了18 m3的空氣。


3.超聲波泄露檢測法

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檢測中得以應用。

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任何種類的氣體泄漏。通過接收空氣泄漏發出高頻“嘶嘶”的聲音,從而確定泄漏點的方式。

超聲波泄漏檢測儀通常由麥克風、濾波器、指示器和耳機組成。泄漏量和測試的距離及超聲波的數值有關系,不同廠商生產的超聲波泄漏檢測儀有不同的參數表。

超聲波泄漏檢測的步驟:

  1. 巡視整個工廠,快速挑出空氣系統中明顯的大型泄漏點,如開啟的閥門、軟管上的抹布(有些工人為了掩飾漏點而覆蓋抹布消音),仍在供氣,但未啟動的機器,排水閥,快插等等;

  2. 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非常有幫助。

  3. 用泄漏測試槍仔細檢測所有的空氣管路,記得一直佩戴耳機,當較難確定泄漏方位時,可調整靈敏度。

  4. 從供氣端開始,逐步將檢測向使用端推進。

  5. 建議將檢測區域細分,逐一進行,避免重復檢測或者漏檢。

  6. 檢測到泄漏點后,用標簽標注位置,確保泄漏標簽可以一直懸掛在泄漏點至少到泄漏消除(建議不拆除,以便復檢)。

  7. 在泄漏點維修后再次進行檢測,有時候維修會導致新的泄漏點產生。

  8. 計算泄漏量大小。

  9. 編撰泄漏檢測報告。


實踐中,泄漏檢測服務工作往往會將上述多種方法綜合運用:通過方法一和二計算空氣系統的總泄漏量,其結果作為管理層決定是否進行具體泄漏點檢測的依據。方法三可以測量和標記中每一個具體的泄漏點。

在查找到并定量化壓縮空氣泄漏點之后,運用數據統計的方法,可以輕松得到泄漏清單并規劃出下一步修復泄漏的工作范圍。由于修復泄漏會產生成本,在實際中經常采用帕累托最優分析確定修復的優先級,下圖是泄漏檢測報告中常見的所有泄漏點帕累托分析圖。我們只需要將泄漏量最大泄漏點修復,就可以花最少的資源產生最大的價值。

修補泄漏的方法:

由于泄漏通常在管道連接處發生,所以修補泄漏的方法可以很簡單:直接把泄漏部位擰緊;也可能會非常復雜:更換發生泄漏的部件,如接頭、連接件,甚至總成。

有些設備本身未配置自動切斷供氣的部件,對于這些設備可選配電磁閥,在停機時接收信號自動切斷氣源,或者在進氣管上安裝一個球閥,設備操作結束時手工切斷氣源。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慣于盡量降低系統的壓縮空氣壓力,或者降低子系統的供氣壓力來減少系統泄漏量。從前述圖表數據可以發現,壓縮空氣壓力越低,空氣的流量也就越小。通過壓力流量調節裝置來減少因為壓縮機加卸載運行而造成的空氣壓力波動也可以起到穩定壓力,減少空氣泄漏的目的。


總結:

壓縮空氣系統設備的正常運行并不意味著整個系統是高效的,壓縮空氣系統節能的方式有很多種,其中消除或減少泄漏是最直接的節能方式。

修補泄漏是每個人的工作,當泄漏點大到一定程度時,不用借助任何工具就能夠發現它的存在。根據經驗,泄漏檢查的投資回收期通常在半年以內。工廠管理者應當把泄漏評估和修復作為一項經常實施的工作,在日常工作中及時發現泄漏,每一年或者每半年對整個工廠的管理進行一次徹底的泄漏檢查,所帶來的能源節約將大大超過泄漏檢查本身的成本。

隨著科技的不斷發展和管理手段的不斷提高,通過一些有效的方式對系統的泄漏做出定量計算和檢測,進而采取措施對泄漏情況作出相應的改造,就能夠為企業帶來顯著的能源節約效果。在能源日益緊張的今天,這種改造無論對企業本身或是對國家都是有深遠意義的。