如何將壓縮空氣的泄漏控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)？

壓縮空氣泄漏幾乎是工廠里最常見的一種能源浪費(fèi)。平均壓縮空氣的泄漏量占整個(gè)壓縮空氣量的30%，這意味著每年數(shù)以萬計(jì)的電費(fèi)支出是被泄漏掉了。有些泄漏是非常明顯的，它不但發(fā)出很大的噪聲，甚至可以通過觸覺和視覺發(fā)現(xiàn)泄漏的發(fā)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(fā)生在工作場所背景噪聲較大的環(huán)境中。以上所有的泄漏，組成了整個(gè)系統(tǒng)中的泄漏源。

泄漏通常發(fā)生在以下這些部位：

（1） 管道接頭、快插接頭；

（2） 壓力調(diào)節(jié)器（FRL）；

（3）經(jīng)常打開的冷凝水排放閥；

（4）破損的軟管，破裂的管道；

泄漏是空氣系統(tǒng)中一個(gè)常見的現(xiàn)象，一個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，難以避免會有泄漏的發(fā)生。根據(jù)美國能源部（DOE）相關(guān)調(diào)查結(jié)果和本文作者長年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，每一個(gè)系統(tǒng)都有泄漏現(xiàn)象存在，近60%的工廠對于空氣系統(tǒng)中的泄漏未采取任何措施。

工廠里的泄漏無所不在，如果一個(gè)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(gè)合理的范圍內(nèi)。這個(gè)“合理”的范圍和工廠的規(guī)模與新舊有很大的關(guān)系：

（1） 對于新建系統(tǒng)（少于1 年）或小型工廠，泄漏率控制在5%到7%之間；

（2）對于2~5 年的系統(tǒng)或中型工廠，泄漏率在7%到10%之間;

（3） 對于超過10 年的系統(tǒng)或大型工廠，泄漏率在10%到12%之間; 

泄漏不僅僅直接導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，它也在間接導(dǎo)致著能源浪費(fèi)。當(dāng)泄漏現(xiàn)象加劇時(shí)，整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的壓力會下降，如果希望保持空氣系統(tǒng)的壓力，就必須要開啟額外的壓縮機(jī)，這也會使整個(gè)工廠的用電成本進(jìn)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(shí)間間隔排放冷凝水或其它廢液，而排放時(shí)間內(nèi)當(dāng)廢液已經(jīng)排放干凈之后，大量的壓縮空氣就會離開壓縮空氣系統(tǒng)。在某個(gè)時(shí)間，可能會存在多個(gè)排放閥同時(shí)排氣的情況，這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的壓力會突然下跌，甚至超過系統(tǒng)能接受的最低壓力而造成整個(gè)系統(tǒng)的停產(chǎn)。這是一種典型的運(yùn)行事故。

由于壓縮空氣是由空氣壓縮機(jī)做功而制造出來，空氣壓縮機(jī)又由電動機(jī)拖動，所以空氣的泄漏就間接意味著電能的浪費(fèi)。定量壓縮空氣泄漏是一件比較復(fù)雜的工作，在不同空氣壓力下，不同大小的泄漏點(diǎn)和泄漏空氣量關(guān)系如表1：

泄漏量和電費(fèi)金額可以用以下公式估算：

式中：

E：每年泄漏空氣折合電費(fèi)金額，元

QLeak：泄漏量，m3/min

6.5：平均的比功率參數(shù)，kW/(m3/min)

TYear：每年的空氣供氣時(shí)間，小時(shí)

Ce：電費(fèi)單價(jià)，元/kWh

以3 毫米小孔在表壓7bar 壓力下的泄漏作為計(jì)算，一個(gè)月浪費(fèi)的電能就需

要支出2500 元電費(fèi)（注：假設(shè)24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，每月30 天，電費(fèi)單價(jià)￥0.8/千瓦時(shí)）。

在實(shí)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1.儲氣容積測定法；2.壓縮機(jī)運(yùn)行測定法；3.超聲波泄漏檢查法；以下分別加以介紹：

1. 儲氣容積測定法

假設(shè)一個(gè)空氣系統(tǒng)是密閉的，只有泄漏作為壓縮空氣離開空氣系統(tǒng)的唯一方式，對于壓縮空氣系統(tǒng)有以下泄漏計(jì)算公式：

式中：

QLeak：泄漏量，m3/min

ΔP：壓力差，bar

P0：絕對壓力，bar

V：泄漏的空氣量，m3

T：測試時(shí)間，min

舉個(gè)例子，如果一個(gè)空氣系統(tǒng)，其儲氣總?cè)莘e（包括儲氣罐和管路等）為6 m3，泄漏的壓縮空氣導(dǎo)致3分鐘內(nèi)儲氣罐壓力從7barg 下降到6barg，那么泄漏量為：Q=2 /min，在3 分鐘內(nèi)共計(jì)泄漏了6m3 的空氣。

2.壓縮機(jī)運(yùn)行測定法

關(guān)閉空氣系統(tǒng)中所有的用氣設(shè)備，確保所有壓縮空氣系統(tǒng)中空氣都是以泄漏方式離開系統(tǒng)的。開啟一臺壓縮機(jī)，采用加卸載模式（On-Line/Off-Line）運(yùn)行，記錄壓縮機(jī)的壓力設(shè)定點(diǎn)Pon 和Poff 和各運(yùn)行時(shí)間。

式中：

QLeak：泄漏量，m3/min

Q：壓縮機(jī)的排氣量，m3/min

T：加載運(yùn)行時(shí)間，min

t：卸載運(yùn)行時(shí)間，min

舉個(gè)例子，如果一個(gè)空氣系統(tǒng)中只有一臺10m3/min 的壓縮機(jī)在運(yùn)行，壓力設(shè)定點(diǎn)是7bar~8bar，平均加載運(yùn)行時(shí)間1.5 分鐘，卸載運(yùn)行時(shí)間1 分鐘，那么泄漏量為：Q=6 m3/min，在3 分鐘內(nèi)共計(jì)泄漏了18m3 的空氣。

3.超聲波泄漏檢查法

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(yè)檢測中得以應(yīng)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(chǎn)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(yīng)任何種類的氣體泄漏。通過接收空氣泄漏發(fā)出高頻“嘶嘶”的聲音，從而確定泄漏點(diǎn)的方式。

超聲波泄漏檢測儀通常由麥克風(fēng)、濾波器、指示器和耳機(jī)組成。泄漏量和測試的距離及超聲波的數(shù)值有關(guān)系，不同廠商生產(chǎn)的超聲波泄漏檢測儀有不同的參數(shù)表。

超聲波泄漏檢測的步驟：

1. 巡視整個(gè)工廠，快速挑出空氣系統(tǒng)中明顯的大型泄漏點(diǎn)，如開啟的閥門、軟管上的抹布（有些工人為了掩飾漏點(diǎn)而覆蓋抹布消音），仍在供氣，但未啟動的機(jī)器，排水閥，快插等等；在巡視過程中可以勾畫一條最合適的檢測路線，可能時(shí)繪制管線圖，對將來的確定泄漏點(diǎn)非常有幫助。

2. 用泄漏測試槍仔細(xì)檢測所有的空氣管路，記得一直佩戴耳機(jī)，當(dāng)較

難確定泄漏方位時(shí)，可調(diào)整靈敏度；

3. 從供氣端開始，逐步將檢測向使用端推進(jìn)；

4. 建議將檢測區(qū)域細(xì)分，逐一進(jìn)行，避免重復(fù)檢測或者漏檢；

5. 檢測到泄漏點(diǎn)后，用標(biāo)簽標(biāo)注位置，確保泄漏標(biāo)簽可以一直懸掛在

泄漏點(diǎn)至少到泄漏消除（建議不拆除，以便復(fù)檢）；

6. 在泄漏點(diǎn)維修后再次進(jìn)行檢測，有時(shí)候維修會導(dǎo)致新的泄漏點(diǎn)產(chǎn)生；

7. 計(jì)算泄漏量大??；

8. 編撰泄漏檢測報(bào)告；

實(shí)踐中，泄漏檢測服務(wù)工作往往會將上述多種方法綜合運(yùn)用：通過方法一和二計(jì)算空氣系統(tǒng)的總泄漏量，其結(jié)果作為管理層決定是否進(jìn)行具體泄漏點(diǎn)檢測的依據(jù)。方法三可以測量和標(biāo)記中每一個(gè)具體的泄漏點(diǎn)。

在查找到并定量化壓縮空氣泄漏點(diǎn)之后，運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法，可以輕松得到泄漏清單并規(guī)劃出下一步修復(fù)泄漏的工作范圍。由于修復(fù)泄漏會產(chǎn)生成本，在實(shí)際中經(jīng)常采用帕累托最優(yōu)分析確定修復(fù)的優(yōu)先級，圖1 是泄漏檢測報(bào)告中常見的所有泄漏點(diǎn)帕累托分析圖。我們只需要將泄漏量最大泄漏點(diǎn)修復(fù)，就可以花最少的資源產(chǎn)生最大的價(jià)值。

圖1

修補(bǔ)泄漏的方法：

由于泄漏通常在管道連接處發(fā)生，所以修補(bǔ)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(fù)雜：更換發(fā)生泄漏的部件，如接頭、連接件，甚至總成。

有些設(shè)備本身未配置自動切斷供氣的部件，對于這些設(shè)備可選配電磁閥，在停機(jī)時(shí)接收信號自動切斷氣源，或者在進(jìn)氣管上安裝一個(gè)球閥，設(shè)備操作結(jié)束時(shí)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(xí)慣于盡量降低系統(tǒng)的壓縮空氣壓力，或者降低子系統(tǒng)的供氣壓力來減少系統(tǒng)泄漏量。從前述表1 可以發(fā)現(xiàn)，壓縮空氣壓力越低，空氣的流量也就越小。通過壓力流量調(diào)節(jié)裝置來減少因?yàn)閴嚎s機(jī)加卸載運(yùn)行而造成的空氣壓力波動也可以起到穩(wěn)定壓力，減少空氣泄漏的目的。

總結(jié)：

壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行并不意味著整個(gè)系統(tǒng)是高效的，壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的方式有很多種，其中消除或減少泄漏是最直接的節(jié)能方式。

修補(bǔ)泄漏是每個(gè)人的工作，當(dāng)泄漏點(diǎn)大到一定程度時(shí)，不用借助任何工具就能夠發(fā)現(xiàn)它的存在。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，泄漏檢查的投資回收期通常在半年以內(nèi)。工廠管理者應(yīng)當(dāng)把泄漏評估和修復(fù)作為一項(xiàng)經(jīng)常實(shí)施的工作，在日常工作中及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，每一年或者每半年對整個(gè)工廠的管理進(jìn)行一次徹底的泄漏檢查，所帶來的能源節(jié)約將大大超過泄漏檢查本身的成本。

隨著科技的不斷發(fā)展和管理手段的不斷提高，通過一些有效的方式對系統(tǒng)的泄漏做出定量計(jì)算和檢測，進(jìn)而采取措施對泄漏情況作出相應(yīng)的改造，就能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來顯著的能源節(jié)約效果.在能源日益緊張的今天，這種改造無論對企業(yè)本身或是對國家都是有深遠(yuǎn)意義的。