實(shí)際生產(chǎn)中，壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)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(wèn)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(wèn)題。生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，最常見(jiàn)的問(wèn)題是管段管徑的選擇過(guò)小。當(dāng)管徑選擇過(guò)小會(huì)出現(xiàn)一系列的后果:a)管道內(nèi)壓力損失過(guò)大，空壓機(jī)的能耗增高，b)空壓機(jī)長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行，壽命將會(huì)降低。綜上所述，空壓管網(wǎng)的管徑優(yōu)化對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化顯得十分重要。本文以咸陽(yáng)某紡織廠的空壓管網(wǎng)為例進(jìn)行研究。

1.1空壓系統(tǒng)構(gòu)成

一個(gè)典型的有油壓縮空氣系統(tǒng)包括空氣過(guò)濾器，吸氣消音器、空壓機(jī)、油分離器、后冷卻器、除油器、儲(chǔ)氣罐、輸氣管道等設(shè)備?？諝鈴奈牍芪?，經(jīng)空氣過(guò)濾器，吸氣消音器進(jìn)入空壓機(jī)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(jìn)入儲(chǔ)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(gè)氣源，由一條管道供氣，形式接近于樹(shù)枝的形狀。即輸送至某管段的氣體只能由一個(gè)方向供給，每個(gè)用氣點(diǎn)的氣體只能來(lái)自一個(gè)方向。這種系統(tǒng)比較常見(jiàn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(shì)是需要較大的初期投資。本文研究的系統(tǒng)只有一個(gè)氣源，而且每個(gè)用氣點(diǎn)的氣體都來(lái)自一個(gè)方向，因此屬于枝狀管道系統(tǒng)。

1.3咸陽(yáng)某紡織廠空壓站及管道系統(tǒng)概況

咸陽(yáng)某紡織廠的空壓站內(nèi)設(shè)有7臺(tái)美國(guó)SULLAIR公司空壓機(jī)，其中6臺(tái)空壓機(jī)型號(hào)相同，為L(zhǎng)S25S-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(tái)空壓機(jī)型號(hào)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(chǔ)氣罐中出來(lái)通過(guò)主管道進(jìn)入車間，經(jīng)過(guò)管道分配到各個(gè)用氣點(diǎn)，圖2為車間管道系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

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(zhǎng)度一般比較短。車間內(nèi)管道則相對(duì)較長(zhǎng)，設(shè)備管道附件相對(duì)比較少。這種特點(diǎn)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(duì)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(jì)算

壓縮空氣管道內(nèi)流速V

通過(guò)對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)管徑的優(yōu)化，確定最優(yōu)的管徑大小。計(jì)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(jì)算公式為：

局部阻力計(jì)算公式：     

式中：L—直線管段長(zhǎng)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(jì)算公式為：

2.2優(yōu)化前后阻力計(jì)算

空壓管道的管徑要合理選擇，當(dāng)管徑過(guò)大時(shí)，則增加了不必要的投資費(fèi)用，同時(shí)管道壓力降不足將導(dǎo)致末端用氣設(shè)備工作壓力過(guò)高，無(wú)法正常工作，然而管道管徑過(guò)小則會(huì)導(dǎo)致壓力損失過(guò)大、耗能增加等一系列問(wèn)題。

2.2.1空壓站內(nèi)壓縮氣體管道的阻力計(jì)算

首先確定有油空壓站的最不利環(huán)路，然后進(jìn)行阻力計(jì)算。查表得，壓力為0.75MPa時(shí)，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(wú)縫鋼管，管道內(nèi)壁絕對(duì)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(wú)縫鋼管，管道內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度R=0.2mm，其摩擦阻力系數(shù)入=0.018，各個(gè)管段的阻力計(jì)算結(jié)果如表1所示：

經(jīng)計(jì)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(jì)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(jì)算

對(duì)于車間的壓縮空氣管道，選取最不利環(huán)路進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算不再贅述，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(jì)算匯總：

空壓管網(wǎng)阻力損失每降低14kPa空壓機(jī)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%。空壓機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)24h，全年運(yùn)行360d計(jì)算，紡織廠每年可節(jié)電67132.8kW·h，按照咸陽(yáng)市工業(yè)用電電價(jià)0.6元/kW·h，每年可節(jié)約電費(fèi)約4萬(wàn)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(fèi)約28.7萬(wàn)元。

管網(wǎng)優(yōu)化后每年可以節(jié)電545356kW·h，即減少運(yùn)行成本32.7萬(wàn)元。通過(guò)理論分析，管網(wǎng)改造費(fèi)用為70萬(wàn)元，投資回收期為2.1年。

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(yùn)行成本32.7萬(wàn)，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(huì)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(jī)的輸出壓力，則壓縮機(jī)的軸動(dòng)力減小，既可延長(zhǎng)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。