摘要：离心式空压机的工作原理是叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。离心式空压机在运行过程中会消耗大量的能源，因此节能技术的应用对于离心式空压机有很高的现实意义。要降低空压机系统能耗，必须先识别出空压机关键能耗影响因素，采取有效的措施来降低能耗。本文通过研究影响离心式空压机系统能耗影响因素，利用 Aspen Plus 软件模拟得到不同因素对两级离心式空压机的影响规律及其关键能耗影响因素，可为实际工程中空压机节能降耗提供参考。
关键词:离心式空压机；能耗影响因素;提升措施
1.空压机系统边界划分
空压机系统边界为空压机正常运行状态下影响能耗的用能单位、设备、系统，通过分析目前工业领域空压机系统能耗影响因素，得出空压机系统边界，主要包括驱动与传动系统、压缩机单元、管路输送系统、润滑系统和冷却系统。
1.1驱动与传动系统
驱动与传动系统主要包括为压缩机提供动力的驱动机和用来传递动力的联轴器或皮带等部件，将其它形式的能转换为驱动空压机做功的机械能，是整个空压机系统耗能的直接表征。
1.2压缩机单元
压缩机单元用来对低压气体做功，使气体压力提升，是整个空压机系统中关键的部分。低压气体进入离心式空压机后，通过高速旋转的叶片对气体做功，从而使原动机的机械能转化为气体的静压能和动能，气体在流经扩压器通道时，速度减缓，从而使绝大部分动能又转变为静压能，使压力再次升高。
1.3润滑系统
润滑系统主要用来减少空压机单元零件相互滑动部位的摩擦功耗，延长零部件寿命并降低空压机能耗。空压机系统中的润滑系统主要包括循环油润滑系统、顶轴油系统和齿轮油润滑系统。
1.4管路输送系统
管路输送系统主要用来输送空压机系统的气体，主要包括从空压机第一级前（工艺流程中为自进气管截止阀开始），到空压机末级排气管的截止阀为止，其中的管道、阀门、缓冲器、冷却器、液气分离器以及储气罐等设备，还包括通向安全阀及压力表的气体管路、用来调节气量及放空用的气体管路、引接置换气及保护气的管路、工艺流程所需的抽气管路，以及排放油水的排污管路等。
1.5冷却系统
冷却系统主要用来冷却压缩后升温的气体，从而降低空压机系统整体能耗。冷却系统主要由中间冷却器、润滑油冷却器、后冷却器、水管路以及其他附件组成。
2.离心式空压机能耗影响因素
2.1入口温度对空压机系统能耗的影响
为了考察入口温度对空压机系统能耗的影响，选择一级入口温度为分别为5，15，20，25，30，35，40，45，60℃，以及二级入口温度分别为25，30，35，40，45，50，55，60℃进行研究，其余条件均如基准试验数据。空压机系统整体能耗随着入口温度变化情况。系统整体能耗随入口温度的温度的上升而显著上升。
2.2压降对空压机系统能耗的影响
压缩空气流经设备和管道时会造成压力损失，过多的压力损失不仅会导致系统性能降低，而且会增加空压机能耗。阻力损失为各元件的局部阻力损失以及直管沿程阻力损失之和。选择整体压降为0.010，0.015，0.020，0.025，0.030，0.035，0.040，0.045，0.050MPa进行研究，其余条件均如基准实验数据。空压机系统能耗随着系统压降的增加而线性升高。
2.3泄漏对空压机系统能耗的影响
压缩空气在流经管道与设备中，常因密封不好而造成泄漏。泄漏分为两种，直接泄漏到空压机之外，称为外泄漏；气体仅由高压级漏入低压级或高压区漏入低压区，但仍在空压机之内，称为内泄漏。外泄漏直接降低排气量并增加功的消耗，内泄漏不直接影响排气量，但由于从高压级泄入低压级，增加了功的消耗。
针对泄漏对空压机整体能耗的影响，选择了一级外泄漏率为0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09和0.1以及二级外泄漏率为0.01，0.02，0.03，0.04，0.05，0.06，0.07，0.08，0.09和0.10进行研究，其他模拟条件均如基准试验所示，随着泄漏率的升高，空压机系统浪费的功率也随之升高。
2.4入口流量与额定流量之比（负荷）对空压机系统能耗的影响
当空压机系统一级入口流量低于额定流量时，会使系统长期偏离额定工况低效运行，出现“大马拉小车”现象。此时由于负荷过低，空压机效率会远低于设计水平，浪费大量能量。
针对入口流量与额定流量之比对空压机系统能耗的影响，选择了一级入口流量为额定流量的0.99，0.98，0.96，0.94，0.92，0.90，0.88，0.86，0.84，0.82 进行研究，其他模拟工况与基准试验保持一致。
空压机系统浪费的功率受入口流量与额定流量之比影响较大，随着入口流量降低，为了防止空压机系统发生喘振等故障，防喘振阀或排气阀被打开，大量被压缩的气体再次进入入口处或直接进行排空，造成大量能量浪费。
2.5出口压力对空压机系统能耗的影响
在模拟中，对不同一级出口压力下的空压机能耗进行了研究。模拟一级出口压力分别为 0.24，0.26，0.28，0.3，0.32，0.34，0.36，0.38，0.42 和 0.44 MPa，其他模拟工况与基准保持一致。保持其他条件恒定，改变一级出口压力，发现在一定范围内空压机系统总能耗随着一级出口压力的增大而先减小后增大。
接着对不同二级出口压力下的空压机能耗进行了研究。二级出口压力分别为 0.65，0.66，0.67，0.68，0.69，0.7，0.71，0.72，0.73，0.74，0.75 Mpa，其他模拟工况与基准试验保持一致。改变二级出口压力，发现空压机系统整体能耗随着二级出口压力的上升而升高。
2.6空压机系统关键能耗影响因素验证
入口流量与额定流量之比和二级泄漏的变化率对整个空压机能耗的变化率影响最大，其次为二级出口压力、二级入口温度、一级泄漏率与一级入口温度，由于该系统压降基数太小，因而压降变化率对该系统能耗变化率影响最小，该结论与基于网络层次分析法对能耗影响因素评价的结论一致。
3.离心式空压机节能技术分析
3.1变频技术的应用
对于离心式空压机来说，通常情况下都是通过调节压力上限和电流上限来完成节能过程的。但此种方式不仅降低了离心式压缩机的工作效率，还极有可能造成能源浪费的情况。变频技术是一种把直流电逆变成不同频率的交流电的转换技术，可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电后再把交流电变成直流电。变化的过程之时电流的频率发生了变化，电能却没有任何变化。
离心式压缩机中异步电动机的工作原理和变频技术的工作原理一样，先将交流电转换成直流电，然后再将直流电转换成频率不同的交流电，使得电极可以满足所需的电压和频率。异步电动机的实质就是通过改变电机的电流频率来改变整个电机的转速，从而达到目的。变频技术的节能定义和传统意义上的节能并不相同，传统意义上的节能只是尽可能的减少能源的消耗，变频技术而是从根本上达到节能的目的。
3.2利用压缩空气的余热
吸附式干燥机依托于先进的科学技术手段，将饱和的压缩空气利用水分和空气分子体积不同采用了气体净化专用分子筛来过滤除压缩空气中的饱和水蒸汽，然后更容易将水分子吸附到分子筛颗粒内，再通过再生方法来还原分子筛，其压缩空气露点将可轻易达到-40℃。吸附式干燥机能够有效的吸附离心式空压机所产生的压缩空气中的水分，然后有效的降低压缩空气的露点温度，使得离心式空压机所产生的压缩空气能够更好的被工业生产所利用。
加热式再生的使用周期较差，因此对于气体的利用率非常高，但是加热式再生在使用过程中需要热源的供应，因此在使用过程中就要加热热源。降压式再生和加热式再生相比工作原理较为简单，不需要热源的供应，只需要高压压缩空气降压就可以完成再生过程，但是降压式再生需要频繁的切换，因此对于空气的利用率非常低。离心式空压机在压缩空气的过程中会附带产生大量的热量，有数据显示，离心式压缩机末级排气温度最低也可以达到80℃，可以满足吸附式干燥机加热式再生的过程。因此，在工业生产中可以充分的利用离心式压缩机末级排气温度来对吸附式干燥机再生气进行预加热的处理，有效解决了吸附式干燥机加热式再生过程中需要热源供应的问题。
3.3压缩空气管道安装智能流量控制器
压缩空气系统的供需平衡控制是依靠压力信号的变化及空压机供应的响应来达成，压力信号从用气端传递到产气端、再由产气端做功产气并输送到用气端的循环周期中需要经过整个空气系统并耗费一定的时间，必然导致信号的损失及响应的滞后性。在压缩空气输送管道上安装智能流量控制器，智能流量控制器可以控制整个空压站的系统总量，且恒压精度高，将其安装在空压机与用气单位之间，将空压机与用气单位隔离，压缩空气储存在输送管线内，由智能流量控制器监控需求变化。智能流量控制器将压缩空气输送管路分为 2 部分，一部分作为储气罐使用，一部分输送压缩空气，使得压缩空气的流量能够根据需求的变化精确而灵敏的供给，并且保证了稳定的输出压力。
4.案例分析
某企业以环保型纱线、功能型面料以及高档品牌服装、家纺和产业用纺织品为主导产品，并设有院士工作站、国家级企业技术中心和国家认可实验室等，生产设备先进，拥有600多台喷气织机。为配合喷气织机生产现有苏州寿力公司生产的离心式空压机（TRE100E-1000kW）6台，离心式空压机（TRE50~550kW）1台，年耗电达3000多万kW·h，占布厂用电70%以上。
根据空压机耗电分析和空压系统运行情况分析，决定从降低空压机进气压差、稳定排气压力、压缩空气不合理使用等方面来降低空压机的能耗。
4.1精细化管理
①加强对空压系统的保养维护工作，严格按照设备和管路的保养维护方法对空压设备和空压输送管线进行维护保养，发现损坏设备或管线泄露及时更换和处理；②利用织布车间停中班的时间对车间的织机设备进行检查泄露情况，并通知和督促织机车间进行整改；
③加强气枪的使用管理，防止气枪在使用过程中存在供气管道过长、供给压力过高、用直管铜管做喷嘴等问题。
4.2更换空压机进气过滤器，降低进气压差
项目改造前，离心空压机进气滤芯每年需更换4次进口过滤芯，更换自洁过滤器后，过滤器滤芯可以使用一年以上，每年可节省材料费80000元/台，合计48万元。改造后空压机的进气压差从-4000Pa降到-150Pa，空压机每年节电90万kWh以上，每年可节约用电58万余元。
压缩空气作为仅次于电力的第二大动力能源，是纺织企业生产必须的公共资源，通常也是企业中的能耗大户，是企业最昂贵的能源。空压系统的能耗约占耗电的70％，因此如何能优化空压系统降低空压系统的能耗就成为一个企业节约成本的重要措施。通过以上措施，该企业逐步对空压系统的出口压力进行了优化，由0.62MPa降至0.43MPa，年节约用电成本600多万kW·h，减少燃煤消耗，减少碳排放，为企业创造了经济效益，并取得了明显的社会效益。
结语：
节能技术的应用是今后工业生产的大势所趋，面对可再生能源急剧减少的形势，节能技术势必会被广泛的推广和应用。离心式空压机广泛应用于工业生产中，因此研究离心式空压机节能技术具有很高的现实意义，有利于我国节约型社会的建设，同时也希望离心式空压机能够得到完善和改进，从而在我国的工业生产中更好的发挥效用，有效推动我国社会的进步与发展。
参考文献：
[1]李春晖.浅析空压机节能改造与应用[J].中国高新区，2017,12(15):18~19.
[2]王洪军.空压机节能改造实践[J].冶金动力，2017,07(02):58~59.