摘要：紡織廠空壓系統(tǒng)用電量約占全廠用電的30%。壓縮空氣通過壓縮空氣管網(wǎng)輸送到各用戶端，空壓管網(wǎng)的優(yōu)化對于紡織廠節(jié)能顯得尤為重要。目前大部分生產(chǎn)企業(yè)的壓縮空氣管網(wǎng)普遍存在管網(wǎng)管徑太小，壓縮空氣在管網(wǎng)內(nèi)壓力損失過大的問題。針對咸陽某紡織廠的空壓管網(wǎng)系統(tǒng)，進行了大量理論計算，通過實際數(shù)值與推薦管徑下壓力損失的對比，得出空壓管網(wǎng)的最優(yōu)管徑。對該廠的壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)進行優(yōu)化后，每年可減少運行了成本32.7萬元。
關(guān)鍵詞： 紡織廠；空壓管網(wǎng)；節(jié)能；管網(wǎng)優(yōu)化
現(xiàn)代紡織經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)進步，壓縮空氣的應(yīng)用技術(shù)已相當(dāng)成熟。壓縮空氣應(yīng)用在氣動加壓、氣動引緯、氣動落紗、儀表自控等環(huán)節(jié)。壓縮空氣的應(yīng)用是一個高耗能的過程，所以空壓系統(tǒng)的節(jié)能顯得特別重要。根據(jù)一項紡織行業(yè)的調(diào)查結(jié)果，空壓系統(tǒng)五年的運行成本構(gòu)成中，系統(tǒng)的初期設(shè)備投資及設(shè)備維護費用僅占到總費用的22%，而電能消耗構(gòu)成的成本則高達78%。
實際生產(chǎn)中，壓縮空氣系統(tǒng)運行的效果基本上不理想，這不僅表現(xiàn)在舊的系統(tǒng)中，新裝配的系統(tǒng)中也有同樣的問題:設(shè)備不匹配、管路損失大、系統(tǒng)泄漏、不正確的使用和不適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制等問題。生產(chǎn)運行過程中，最常見的問題是管段管徑的選擇過小。當(dāng)管徑選擇過小會出現(xiàn)一系列的后果:a)管道內(nèi)壓力損失過大，空壓機的能耗增高，b)空壓機長時間高負荷運行，壽命將會降低。綜上所述，空壓管網(wǎng)的管徑優(yōu)化對于整個系統(tǒng)的優(yōu)化顯得十分重要。本文以咸陽某紡織廠的空壓管網(wǎng)為例進行研究。
空壓系統(tǒng)構(gòu)成及概況
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1.1空壓系統(tǒng)構(gòu)成
一個典型的有油壓縮空氣系統(tǒng)包括空氣過濾器，吸氣消音器、空壓機、油分離器、后冷卻器、除油器、儲氣罐、輸氣管道等設(shè)備?？諝鈴奈牍芪?，經(jīng)空氣過濾器，吸氣消音器進入空壓機內(nèi)壓縮，經(jīng)油分離器分油、冷卻器冷卻，除油器除去油霧后進入儲氣罐，經(jīng)供氣總管接到供氣管網(wǎng)送至各用戶。
1.2壓縮空氣管道系統(tǒng)的分類
根據(jù)管道的形式不同可分為枝狀管道系統(tǒng)和環(huán)狀管道系統(tǒng)。
枝狀管道系統(tǒng):枝狀管網(wǎng)只有一個氣源，由一條管道供氣，形式接近于樹枝的形狀。即輸送至某管段的氣體只能由一個方向供給，每個用氣點的氣體只能來自一個方向。這種系統(tǒng)比較常見，系統(tǒng)簡單，投資少。
環(huán)狀管道系統(tǒng):管道之間縱橫相互接通，形成環(huán)狀。這種系統(tǒng)不論供氣和壓力都非常穩(wěn)定，但是其劣勢是需要較大的初期投資。本文研究的系統(tǒng)只有一個氣源，而且每個用氣點的氣體都來自一個方向，因此屬于枝狀管道系統(tǒng)。
1.3咸陽某紡織廠空壓站及管道系統(tǒng)概況
咸陽某紡織廠的空壓站內(nèi)設(shè)有7臺美國SULLAIR公司空壓機，其中6臺空壓機型號相同，為LS25S-350H型，其額定輸出壓力是0.8MPa，額定排氣量為44.5m3/min;另外一臺空壓機型號為TS32S-400H，其額定輸出壓力是0.8MPa，額定排氣為57.1m3/min?？諌赫静贾萌鐖D1所示。
車間管道系統(tǒng)為枝狀系統(tǒng)，壓縮空氣從儲氣罐中出來通過主管道進入車間，經(jīng)過管道分配到各個用氣點，圖2為車間管道系統(tǒng)簡圖。
空壓管網(wǎng)優(yōu)化
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空壓站內(nèi)空氣管道系統(tǒng)的閥門、彎頭等管道附件比較多，但是管線長度一般比較短。車間內(nèi)管道則相對較長，設(shè)備管道附件相對比較少。這種特點導(dǎo)致空壓站內(nèi)阻力損失主要在局部阻力，車間阻力損失主要集中在沿程阻力。所以選擇合適的管徑，優(yōu)化管道布置，盡量做到輸送距離短，盡可能減少使用彎頭，在保證工藝要求下，減少壓力損失對于空壓管網(wǎng)的優(yōu)化及節(jié)能有很大意義。壓縮空氣的流速V應(yīng)按以下范圍選擇:空壓站管道V采用8～12m/s；車間管道V采用5～15m/s。管道內(nèi)流速選取后，則可以確定管道的合適管徑。
2.1管道阻力計算
壓縮空氣管道內(nèi)流速V
通過對壓縮空氣系統(tǒng)管徑的優(yōu)化，確定最優(yōu)的管徑大小。計算出壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化前和優(yōu)化后的沿程阻力損失和局部阻力損失，將沿程阻力損失和局部阻力損失求和得到壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化前后的總阻力損失，即可得出壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化后的優(yōu)化量。
沿程阻力計算公式為：
局部阻力計算公式：
式中：L—直線管段長度m；
р—工作狀態(tài)下的壓縮空氣密度，kg/m3；
λ—管道摩擦阻力系數(shù)；
ξ—局部摩擦系數(shù)。
總阻力計算公式為：
2.2優(yōu)化前后阻力計算
空壓管道的管徑要合理選擇，當(dāng)管徑過大時，則增加了不必要的投資費用，同時管道壓力降不足將導(dǎo)致末端用氣設(shè)備工作壓力過高，無法正常工作，然而管道管徑過小則會導(dǎo)致壓力損失過大、耗能增加等一系列問題。
2.2.1空壓站內(nèi)壓縮氣體管道的阻力計算
首先確定有油空壓站的最不利環(huán)路，然后進行阻力計算。查表得，壓力為0.75MPa時，壓縮空氣的密度p=8.233kg/m3已知優(yōu)化前空壓系統(tǒng)管道管徑，當(dāng)dn=0.1m，管材為無縫鋼管，管道內(nèi)壁絕對粗糙度R=0.2mm，其摩擦阻力系數(shù)λ=0.0231當(dāng)dn=0.25m，管材仍為無縫鋼管，管道內(nèi)壁絕對粗糙度R=0.2mm，其摩擦阻力系數(shù)入=0.018，各個管段的阻力計算結(jié)果如表1所示：
經(jīng)計算空壓站內(nèi)優(yōu)化前流速大部分都高于流速推薦值8～12m/s的范圍，有些流速則低于推薦值。將計算結(jié)果匯總后，得出優(yōu)化前管道總阻力為14016.5Pa，優(yōu)化后總阻力為8880Pa。這一數(shù)據(jù)表明優(yōu)化效果十分明顯。
2.2.2車間壓縮空氣管道的優(yōu)化前后阻力計算
對于車間的壓縮空氣管道，選取最不利環(huán)路進行計算，具體計算不再贅述，計算結(jié)果見表2。表2顯示，優(yōu)化前阻力損失為68935Pa，優(yōu)化后阻力損失為30758Pa。
表2壓縮空氣管道優(yōu)化前后阻力計算匯總：
經(jīng)濟分析
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空壓管網(wǎng)阻力損失每降低14kPa空壓機功率可減少1％。
a) 空壓站內(nèi)壓縮空氣管網(wǎng)，壓力損失減小5.14kPa，管網(wǎng)能耗約降低0.37%?？諌簷C組總功率為2100kW，空壓系統(tǒng)改造后能耗可降低7.77kw，按照紡織廠每天運轉(zhuǎn)24h，全年運行360d計算，紡織廠每年可節(jié)電67132.8kW·h，按照咸陽市工業(yè)用電電價0.6元/kW·h，每年可節(jié)約電費約4萬元。
b)車間壓縮空氣管網(wǎng)壓力損失降低38kPa，該壓縮空氣管網(wǎng)能耗約降低2.72%，空壓系統(tǒng)改造后能耗可降低55.4kW，每年可節(jié)電478224kW·h，為紡織廠每年節(jié)約電費約28.7萬元。
管網(wǎng)優(yōu)化后每年可以節(jié)電545356kW·h，即減少運行成本32.7萬元。通過理論分析，管網(wǎng)改造費用為70萬元，投資回收期為2.1年。
結(jié)論
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a)壓縮空氣的能耗在紡織企業(yè)中占有很大比重，采取選擇壓縮空氣的流速、優(yōu)化管徑措施后，每年節(jié)電量為545356kW·h，節(jié)約運行成本32.7萬，節(jié)能效果顯著。
b)壓縮空氣管路分配系統(tǒng)中，管徑的大小將會直接影響管路的壓力損失。在滿足設(shè)備所需壓力基礎(chǔ)上，盡可能降低壓縮機的輸出壓力，則壓縮機的軸動力減小，既可延長設(shè)備的使用壽命，又可節(jié)約用電量。此外，盡量做到輸送距離短，盡可能減少使用管道彎頭，在保證工藝要求下，減少壓力損失。
