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壓縮空氣是工業(yè)企業(yè)重要的二次能源,主要由電能經(jīng)空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換而來,是工業(yè)企業(yè)的主要能源消耗設(shè)備之一,也是工業(yè)企業(yè)應(yīng)用較多的通用機(jī)械設(shè)備。因此,依據(jù)《空氣壓縮機(jī)組及供氣系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測方法》(GB/T16665-1996)進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測,是降低空氣壓縮機(jī)電耗,提高過空氣壓縮機(jī)能效水平的重要手段。該標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測測試項(xiàng)目共有4項(xiàng):①、壓縮機(jī)排氣溫度,②、壓縮機(jī)冷卻水進(jìn)水溫度,③、壓縮機(jī)冷卻水進(jìn)出水溫差,④、空氣壓縮機(jī)組用電單耗。前3項(xiàng)的測試可以使用測溫儀表直接測試,第4項(xiàng)空氣壓縮機(jī)組用電單耗的測試中,空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量在實(shí)際工作時(shí),往往因?yàn)楝F(xiàn)場沒有配置流量計(jì)或流量計(jì)數(shù)據(jù)可疑等使節(jié)能監(jiān)測人員不易解決,難度大,本文就空氣壓縮機(jī)流量測試與節(jié)能監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行分析探討。
一、幾種主要的流量測試方法
空氣壓縮機(jī)排氣量測試主要有兩種方式,即直接測量法和間接測量法。直接測量法如流量計(jì)法,主要指利用設(shè)置在空氣壓縮機(jī)出氣管線的流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器等測量工況下的壓縮機(jī)排氣量,如孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)等;間接測量法如儲(chǔ)氣罐法、中間冷卻器法等。
1.流量計(jì)法
對壓縮空氣流量計(jì)量方法來說,zui簡單的方法就是在空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處安裝孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)等性能可靠的流量計(jì),實(shí)時(shí)、連續(xù)地測定瞬時(shí)流速和累積流量,這種方法主要應(yīng)注意的是流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)選取和正確安裝,如管徑、流量范圍、流量計(jì)上游和下游直管段長度等,這些參數(shù)如果選擇正確,可以得到正確的流量值。這時(shí),可以按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量:
式中:Gx——空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量,m3;Gp——空氣壓縮機(jī)排氣端氣量,流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù),m3;Tx—壓縮機(jī)吸氣溫度,K;Tp——壓縮機(jī)排氣溫度,K;Px——壓縮機(jī)吸氣壓力(大氣壓力),Mpa;Pp——壓縮機(jī)排氣壓力,Mpa。
2.儲(chǔ)氣罐法
當(dāng)空氣壓縮機(jī)沒有安裝流量計(jì)或流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)可疑時(shí),可以采用此方法,其原理是把從空氣壓縮機(jī)的排氣口開始,經(jīng)過后冷卻器、到儲(chǔ)氣罐,直至關(guān)閉的儲(chǔ)氣罐排氣閥的儲(chǔ)氣空間作為一個(gè)密閉容器,首先把儲(chǔ)氣罐排空,關(guān)閉出口,然后把空壓機(jī)啟動(dòng),從加載開始計(jì)時(shí)測定該空間從特定的壓力P1上升到又一特定的壓力P2卸載止,所需要的時(shí)間t,然后通過測試的這些參數(shù)和流進(jìn)儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣量來計(jì)算空氣壓縮機(jī)的排氣量,具體步驟是:
(1)測試前先使空氣壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),關(guān)閉與管網(wǎng)相通的閥門。檢查從空氣壓縮機(jī)至儲(chǔ)氣罐的全部接頭處與壓蓋是否漏氣,消除漏泄點(diǎn),將貯氣罐內(nèi)空氣排盡。
(2)開動(dòng)空氣壓縮機(jī)。
(3)當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到P1(一般表壓為0.2Mpa)時(shí),秒表開始計(jì)時(shí)并記錄溫度儀表、壓力表讀數(shù)。
(4)當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到儲(chǔ)氣罐額定表壓力P2時(shí),立即停止秒表和空氣壓縮機(jī),記錄壓力由P1升至P2的時(shí)間t、壓力P1、P2、T1、T2。
(5)空氣壓縮機(jī)排氣量按下式計(jì)算:
式中:V—儲(chǔ)氣罐及儲(chǔ)氣罐總排氣閥到空氣壓縮機(jī)末級(jí)排氣閥的管道系統(tǒng)容積的總和,m3
t—儲(chǔ)氣罐壓力由P1上升到P2所需要的時(shí)間,s
γ—吸入狀態(tài)下空氣的密度(kg/m3)
P1,P2—儲(chǔ)氣罐充氣前后儲(chǔ)氣罐中之壓力,Mpa
T1,T2—儲(chǔ)氣罐測試前后儲(chǔ)氣罐中空氣之溫度,K
3.熱交換法
當(dāng)空氣壓縮機(jī)沒有安裝流量計(jì)時(shí),也可以采用此法,其原理是應(yīng)用能量守恒定律,以熱交換器中兩種工質(zhì)溫度參數(shù)變化進(jìn)行測試的方法,由于其現(xiàn)場測試條件要求較低,安全性較好,測試簡便可行,多年來,使用此種測試方法較多,它是把中間冷卻器視作流量計(jì)使用,測定中間冷卻器的供水量Q,冷卻器進(jìn)、出水溫度tx1、tx2,進(jìn)出空氣溫度ts1、ts2,然后,通過測試的這些參數(shù)按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量:
式中:
Q——中間冷卻器的供水量,m3/h;tx1、tx2——中間冷卻器進(jìn)、出水溫度,℃;tb1:一級(jí)排氣溫度;ts2:二級(jí)吸氣溫度,℃;ps1——吸氣壓力,Mpa;Ts1:一級(jí)吸氣溫度,K
當(dāng)中間冷卻器無疏水排出時(shí),式中X1=X2,則上式簡化為:
二、儲(chǔ)氣罐法和熱交換法比較
儲(chǔ)氣罐法具有一定的危險(xiǎn)性,要求有經(jīng)驗(yàn)豐富的測試人員現(xiàn)場測試,在用儲(chǔ)氣罐法測試排氣量之前,應(yīng)充分檢查調(diào)壓器、安全閥的動(dòng)作,確認(rèn)安全、可靠后才能進(jìn)行,儲(chǔ)氣罐上的安全閥應(yīng)該能保證在規(guī)定的開啟壓力下把空氣壓縮機(jī)的排氣量排盡,并且在測試過程中可能影響到企業(yè)生產(chǎn)的正常供氣。
儲(chǔ)氣罐出口總閘閥和排污閥應(yīng)無內(nèi)漏,整個(gè)測試系統(tǒng)無外漏;測試現(xiàn)場負(fù)責(zé)人應(yīng)對測試系統(tǒng)熟悉,并且事先制定和向測試人員交待好安全與應(yīng)變措施測試時(shí),空氣壓縮機(jī)組應(yīng)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行至少半小時(shí),然后,關(guān)閉儲(chǔ)氣罐出口總閘閥,接著測試系統(tǒng)內(nèi)氣壓上升到P2時(shí),立即按下秒表,記下時(shí)間t,并使空壓機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行,這一連串的測試與操作要在幾秒內(nèi)完成,測試與操作人員需要配合默契,
否則測試失敗。
若整個(gè)空氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行,那么在關(guān)閉儲(chǔ)氣罐出口總閘閥后,應(yīng)使測試機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行,這時(shí)可用儲(chǔ)氣罐的排污閥排盡罐內(nèi)壓力,然后再使該機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行,進(jìn)行正式測試。在計(jì)算全部充氣容積時(shí),應(yīng)充分估計(jì)到貯氣罐內(nèi)與排氣管壁的積垢狀況,力求充氣容積準(zhǔn)確。儲(chǔ)氣罐法在測試中往往避免不了一些人為誤差,如所熟練、熟悉程度,需要的壓力表、溫度儀表、秒表準(zhǔn)確度,不易正確測得的溫度值等影響了計(jì)算結(jié)果的正確性,雙儲(chǔ)氣罐和多臺(tái)空壓機(jī)測試時(shí)更為復(fù)雜等。熱交換法與儲(chǔ)氣罐法相比,從現(xiàn)場的組織管理和測試要簡單的多,只要求被測機(jī)組能正常滿負(fù)荷運(yùn)行,一般不影響企業(yè)生產(chǎn)的正常供氣,測試周期也可以靈活確定為30min或60min,測試時(shí)無任何危險(xiǎn),僅要求中間冷卻器水管無泄漏,為了進(jìn)一步簡化測試計(jì)算,可以選擇大氣相對濕度小的時(shí)候進(jìn)行測試,此時(shí),可以忽略空氣進(jìn)入中間冷卻器的含濕量X1和空氣排出中間冷卻器的含濕量X2,從而使得計(jì)算簡化。
三、流量測試結(jié)果的修正及空氣壓縮機(jī)組用電單耗計(jì)算根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》GB3853-1998,壓縮機(jī)在排氣量測定過程中,有冷卻水排出時(shí),必須對所計(jì)算的排氣量進(jìn)行修正,此修正值一般小于總排氣量的1%,其計(jì)算公式如下:
式中:
Q1——計(jì)入冷凝水的壓縮機(jī)容積流量,m3/min;Ws——壓縮機(jī)排氣口到儲(chǔ)氣罐出口總閘閥之間收集到的單位時(shí)間內(nèi)的冷凝水質(zhì)量,kg/min;Ps——大氣壓力下的飽和水蒸氣壓力,Mpa;P0——空壓機(jī)的一級(jí)吸氣壓力;ρs大氣溫度下的飽和水蒸氣密度,kg/m3。
應(yīng)用熱交換法測試的結(jié)果,一般不需要再修正,只有當(dāng)空氣的相對濕度較大時(shí),可以應(yīng)用溫濕度計(jì)測試空氣的相對濕度φ、一級(jí)吸氣壓力Ps1、二級(jí)吸氣壓力Ps2,查出一級(jí)吸氣溫度對應(yīng)的飽和水汽壓PH1和二級(jí)吸氣溫度對應(yīng)的飽和水汽壓PH2,然后按下式求出X1與X2:
通過上述測試和計(jì)算方法得出空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量,同時(shí)使用電能表測試出空氣壓縮機(jī)組在測試期輸入電能W,按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)組用電單耗,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格指標(biāo)進(jìn)行判斷節(jié)能監(jiān)測空氣壓縮機(jī)組及供氣系統(tǒng)是否合格。
式中:
D—空氣壓縮機(jī)用電單耗,kW.h/m3;W—空氣壓縮機(jī)組輸入電能,kW.h;Gx—空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量,m3;K1—冷卻水修正系數(shù),水冷K1=1.00,風(fēng)冷K1=0.88;K2—壓力修正系數(shù)。
通過我們在實(shí)際工作中的應(yīng)用,流量計(jì)直接測量法簡單易行,但往往現(xiàn)場沒有配置;儲(chǔ)氣罐法比較適合容積流量較小的螺桿式空氣壓縮機(jī)組,中間冷卻器法在實(shí)際節(jié)能監(jiān)測中應(yīng)用較多,能較好地解決空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量這一難題。