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壓縮空氣節(jié)能概論

閱讀：3751 發(fā)布時間：2011-8-19
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壹,、

前言

貳,、

空氣壓縮機簡介

參、

壓縮空氣系統(tǒng)介紹

肆,、

壓縮空氣系統(tǒng)總成本分析

伍,、

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)與節(jié)能措施

陸、

建構(gòu)一套率的壓縮空氣系統(tǒng)

柒,、

結(jié)語

???????????? TOP

由壓縮空氣系統(tǒng)運轉(zhuǎn)總成本分析圖（見圖四,，以5年×8000小時/年＝40000小時為分析基礎(chǔ)）可看出：運轉(zhuǎn)能源費用約占總成本70%~80%、初期購置費用占總成本10%~20%,、正常保養(yǎng)占總成本5%~10%,、異常修理占總成本2%~5%。再由壓縮空氣系統(tǒng)能源費用分析圖（圖五）可得知：運轉(zhuǎn)能源費用中約40%甚至50%系起因于『泄漏』與『假性需求』,。

圖四壓縮空氣系統(tǒng)總成本分析圖

圖五壓縮空氣系統(tǒng)能源費用分析圖

『泄漏』,，根據(jù)美國能源部（US Department of Energy）統(tǒng)計資料指出，一般工廠之壓縮空氣泄漏量達(dá)30%~50%,，管理較佳工廠或新廠則控制在10%~30%,；5% ~10%則是較可接受的范圍（一支1/4”口徑管泄漏量約為2.8 /min，若以每年8000小時,，每度電2元計算,，每年將流失40萬臺幣，相當(dāng)于300個60Watt燈炮一年的電費）,。因此『泄漏』對于壓縮空氣系統(tǒng)運轉(zhuǎn)能源費用而言,，是zui致命的*敵人。『泄漏』通常發(fā)生在以下幾種情形︰

（1）自動泄水器持續(xù)性泄氣
（2）管線腐蝕生銹處
（3）劣等的快速接頭
（4）老舊的法蘭墊片
（5）破損的空壓軟管
（6）吸附式干燥機定時Purge Air
（7）破裂的管路閥門..等等,。

『假性需求』,，顧名思義就是不需要或過度膨脹且對生產(chǎn)毫無助益的壓縮空氣需求。多半起因于規(guī)劃選用不當(dāng)及控制不良,。例如：（1）高壓與低壓需求未分離處理（100HP空壓機,，由7.5K過壓使用至8.5K，每年需多耗NTD110,000元/年）,。（2）因無適當(dāng)控制系統(tǒng),，導(dǎo)致空車運轉(zhuǎn)頻繁（以100HP空壓機，空車3小時/天×300天/年×2元/度,，每年約多耗NTD45,000元）,。（3）空壓管路設(shè)計錯誤（見圖六），導(dǎo)致末端壓力不足,，只好拼命以調(diào)高空壓機排氣壓力來因應(yīng),，唯每調(diào)高設(shè)定壓力1kg/ G，約需增加5%~ 7%電費,，減少8%排氣量,。（4）空壓機房環(huán)境溫濕度未適當(dāng)控制，空壓機排氣量因而減少,，徒增電費（空壓機進(jìn)氣溫度每增加10℃,，實際排氣量減少2%~4%；環(huán)境溫度每降20℉,，壓縮空氣中含水量降50%）,。（5）冷凍式及吸附式干燥機選配不當(dāng)，壓力露點未適當(dāng)監(jiān)控（干燥機入氣溫度每增加10℃,，需增加25%耗能,，才能維持相同的壓力露點）。

圖六空壓管路布置圖

舉例來說,，工廠中一臺100HP空壓機連續(xù)運轉(zhuǎn)一年（8000小時）,，按能源費率計算公式（表六）、參考電價為2元/kWh（表七）,、馬達(dá)效率為88% （表八）可得每年運轉(zhuǎn)能源費用＝NTD1,355818元,，其中至少有34萬元浪費于泄漏，20萬元根本是假性需求,、無謂的支出,。以目前一臺100HP國產(chǎn)螺旋式空壓機售價不過60萬元，換句話說,，只要管理與控制得當(dāng),，一年就可回本，年年換新機,。所以,，我們必須將所有焦點放在如何建構(gòu)一套省能而且穩(wěn)定的壓縮空氣系統(tǒng)上，這必須靠使用者與空壓機業(yè)者雙方共同來努力,。

表六空壓機能源費率計算公式

各行業(yè)平均每度電價單

行業(yè)別

平均電價（元/kWh）

行業(yè)別

平均電價（元/kWh）

半導(dǎo)體

1.70～1.88

紡織染整

1.63～1.81

化纖業(yè)

1.40～1.54

五金加工

2.23～2.47

石化原料

1.59～1.75

鋼鐵

1.95～2.15

食品飲料

1.79～1.97

水泥

1.54～1.70

紙業(yè)

1.54～1.70

百貨量販

1.95～2.15

橡膠輪胎

1.87～2.07

學(xué)校

2.31～2.55

塑膠原料

1.64～1.82

醫(yī)院

1.91～2.11

塑膠加工

1.99～2.19

行政機關(guān)

2.41～2.67

表七各行業(yè)平均參考電價

型式

2極

4極

6極

8極

馬力（HP）

效率（%）

效率（%）

效率（%）

效率（%）

1.0

74.0

75.0

74.0

71.5

1.5

75.5

76.5

75.5

74.0

2.0

78.0

78.5

78.0

76.0

3.0

79.5

80.5

79.5

78.0

5.0

82.0

82.5

82.0

80.0

7.5

83.0

82.5

82.0

81.0

10.0

84.0

83.5

83.0

82.0

15.0

85.0

84.5

84.0

83.5

20.0

86.0

85.5

85.0

84.0

25.0

86.5

86.0

85.5

85.0

30.0

87.0

86.5

86.0

85.5

40.0

87.5

87.0

86.5

86.5

50.0

88.0

87.5

87.0

87.0

表八中國臺灣常用馬達(dá)效率

????????? TOP

美國能源部（US Department of Energy）明定全美所有工廠之壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能目標(biāo)為50%~70%（其中35%的耗能改善是不需要多余投資的）,。其分配為：

系統(tǒng)設(shè)計部分節(jié)能目標(biāo)為15%~20%

（1）

關(guān)閉閑置設(shè)備，減少泄漏量及假性需求,。

（2）

確認(rèn)尖峰及離峰用量需求（參見圖七）,，規(guī)劃以多機代替單機，減少空車及容調(diào)使用臺數(shù)與時數(shù),。并可降低備機率（如原規(guī)劃一臺100HP單機時,，必須備機一臺100HP，共200HP,；若規(guī)劃為50HP+50HP連鎖運轉(zhuǎn),，備機只需一臺50HP即可，共150HP）,。

（3）

減少BLOW-OFFS使用,，盡量用Fan或Blower代替空壓機,。

（4）

高壓（3.5bar以上）與低壓需求分開處理（參見圖八），避免將高壓壓縮空氣用調(diào)壓閥降為低壓來使用,。此舉形同欲搭電梯至5F,，卻先搭到7F，再下降到5F,。

（5）

無論如何,，設(shè)法降低空壓機的排氣壓力。

（6）

選用耗能比值較優(yōu)（> 3.5 CFM/HP）的空壓機（參見表九）,，而不是排氣量（FAD）較大或進(jìn)口的空壓機,。淘汰耗能比值較差（< 2.5 CFM/HP）的空壓機（參見表十），而不是年代較久或使用時數(shù)較長的空壓機,。

（7）

加大用氣端之儲氣桶,，應(yīng)付瞬間高用量需求。而非如一般空壓機設(shè)備廠商建議,，以加大空壓機馬力數(shù)來因應(yīng),。

（8）

減量使用無油式空壓機及吸附式干燥機。

（9）

加裝氣冷式空壓機廢熱氣回收裝置,，例如制程加熱,、冬季空調(diào)預(yù)熱；空壓機94%廢熱氣可回收（參見表十一）,。

（10）

審慎決定所需壓縮空氣的品質(zhì)（含水量,、含油量及粉粒子大小（參見表二）,。

圖七尖峰與離峰空壓用量圖

圖八高低壓壓縮空氣監(jiān)控系統(tǒng)布置圖

表九耗能比值較優(yōu)空壓機

表十耗能比值較差空壓機

表十一廢熱回收計算公式

系統(tǒng)設(shè)備及控制部分節(jié)能目標(biāo)為15%~20%

（1）

使用微電腦多機連鎖控制系統(tǒng)（參見圖九）連鎖后之電能耗損可節(jié)省近25%,。避免使用壓力開關(guān)式的控制系統(tǒng)（彈簧式壓力設(shè)定，空重車間壓力范圍大且容易失準(zhǔn),，需定期校正）,。

（2）

縮小空壓機空車與重車間之壓力設(shè)定范圍（參見圖十），亦可節(jié)能,。

（3）

空壓機停機時,，同時關(guān)閉冷凍式干燥機。

（4）

換線,、假日,、夜間用風(fēng)量小時，僅啟動小馬力空壓機來使用,。

（5）

搭配使用VSD型變頻式空壓機來應(yīng)付變動性負(fù)荷,。

（6）

確保空壓機潤滑油溫不致過高（＜100℃@ 7K）或過低（>78℃@ 7K）。

（7）

架設(shè)能即時提供各空壓機運轉(zhuǎn)狀態(tài)（重車,、空車,、容調(diào)、停機,；運轉(zhuǎn)壓力,、溫度,、電流,；過濾器壓差等）及空重車運轉(zhuǎn)比例的控制系統(tǒng),，并定期收集壓縮空氣系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)做為改善與調(diào)整的依據(jù),。

操作及維護(hù)的改善部分節(jié)能目標(biāo)為20%~30% （含泄漏管制）

（1）

如無特殊要求,，干燥機的壓力露點要求盡可能調(diào)高（約較使用地環(huán)境溫度低10度即可）,。

（2）

加裝無熱吸附式干燥機之露點控制器,，使得當(dāng)壓縮空氣之含水量超過需求值時,，才開始進(jìn)行吸附再生,，以減少無熱吸附式干燥機之吹泄耗氣量（Cycle time約10min,，每次需7~14% Purge Air）,。

（3）

無論如何,，設(shè)法降低空壓機房之環(huán)境溫度。

（4）

根據(jù)出水溫度高低來控制冷卻水塔風(fēng)扇的開閉,。

（5）

定期檢視或更新冷卻水塔的水噴嘴及風(fēng)扇平衡,。

（6）

降低精密過濾器之入口溫度和初始壓差值，口徑盡可能加大,。

（7）

監(jiān)控并定時清理空壓機的熱交換器,，避免阻塞。

（8）

監(jiān)控進(jìn)氣濾清器,、機油過濾器及油細(xì)分離器的壓差值（空壓機內(nèi)部機油過濾器初始壓差約0.5K~1.0K,，建議更換壓差為1.8K，油細(xì)分離器初始壓差約0.1~0.2K,，建議更換壓差為1.0K）,，適時換新。

（9）

主電源三相電壓保持平衡,。

（10）

適時調(diào)整及更換往復(fù)式空壓機的V型皮帶,。

（11）

使用防漏及防腐蝕性接頭及閥門。

（12）

建構(gòu)環(huán)狀管路系統(tǒng)（參見圖六）,，控制管路流速,，減少壓降產(chǎn)生。盡量縮短空壓管路長度,，加大管路口徑,，并使用較佳的材質(zhì)（不銹鋼、ABS）。

（13）

定期檢視及更換空壓機,、干燥機,、過濾器及調(diào)壓閥等之自動泄水器，并使用電子式自動泄水器（重車或有水時才排放）,，減少不當(dāng)吹泄量,。

（14）

適時更換舊有管線、墊片,、防漏材質(zhì),、氣管、球閥,、快速接頭及氣動工具等,。

（15）

向售前及售后服務(wù)迅速、空壓系統(tǒng)專業(yè)知識良好的廠商購買設(shè)備,。

千萬記得,，〝You need Compressed Air , Not Air Compressors.〞

圖九多機連鎖控制原理

圖十空重車壓力差與節(jié)能

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在充分了解壓縮空氣相關(guān)的系統(tǒng)節(jié)能概念與措施后，接下來zui重要的事情就是如何來建構(gòu)一套率的壓縮空氣系統(tǒng)了,。簡要步驟如下：

（1）

表列工廠所有空壓設(shè)備的用氣需求表（參見表十二）及耗氣量曲線（參見圖二）,，計算出系統(tǒng)總風(fēng)量和系統(tǒng)壓力。

（2）

根據(jù)上述用氣需求表及耗氣量曲線來規(guī)劃空壓機,、干燥機,、空氣桶、儲氣桶及精密過濾器等壓縮空氣系統(tǒng)主要元件的規(guī)格（型式,、大小,、數(shù)量、等級及配比）,。

（3）

依照環(huán)境條件與運轉(zhuǎn)狀況,，決定壓縮空氣節(jié)能控制系統(tǒng)、設(shè)備布置及備機計劃（正確的多機連鎖系統(tǒng),，備機率可降低50%）,。

（4）

按現(xiàn)場用戶端之位置與需求，布置工廠環(huán)狀管路計劃（材質(zhì),、管徑,、流速、回路,、閥門及排水等）,。

（5）

結(jié)合售前及售后服務(wù)迅速、空壓系統(tǒng)專業(yè)知識良好的廠商,，共同建立一套工廠專屬的壓縮空氣高性能維謢保養(yǎng)計劃,，定期實施壓縮空氣系統(tǒng)能源效率稽核,。

表十二用氣需求總表

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工廠用電及用水費，因每個月均有收費紀(jì)錄,，比較容易引起管理者注意,，漏電與漏水時也因較為顯性，很快就會受到注目和處理,。相對地,，工廠中壓縮空氣系統(tǒng)泄漏量多少？能源效率如何,？就比較乏人問津了,！事實上，壓縮空氣為三種工廠基本動力源（電,、水和壓縮空氣）中zui耗能的一種,，約占工廠總耗能10%~20%（參見表十三），其中25%浪費于泄漏,，15%則浪費于假性需求，真正與生產(chǎn)直接相關(guān)的通常不大于60%,。然而,，率的壓縮空氣系統(tǒng)是一項十分專業(yè)的氣壓技術(shù)和工程范疇，加上一般使用者（甚至空壓設(shè)備供應(yīng)商）因缺乏正確的使用觀念與管理數(shù)據(jù),，根本無從著手,，只能坐失改善良機，極為可惜,。其實只要稍加關(guān)心并與具有整體系統(tǒng)知識的專家充分溝通,，35%壓縮空氣耗能改善是不需要多余投資的；50%壓縮空氣耗能改善兩年內(nèi)就可回本,。

在能源來源日益短缺及中國臺灣電力供應(yīng)相形吃緊的情形下,，電費不斷調(diào)漲是必然的趨勢。因此,，用電戶如何提升用電品質(zhì)與規(guī)劃率節(jié)能系統(tǒng),，已成為現(xiàn)階段刻不容緩的要務(wù)。希望本文能喚起所有參與工廠布置與規(guī)劃的工務(wù)工程師及工程公司人員,，重視壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能改善工作,，并積極投入規(guī)劃與建構(gòu)率的壓縮空氣系統(tǒng)，貢獻(xiàn)己力來強化企業(yè)競爭能力,，確保企業(yè)的zui大效益,。

產(chǎn)品別

耗能占比

晶圓材料

空調(diào)占35%，制程占55%

晶圓代工

空調(diào)占45%,，制程占28%,，純水系統(tǒng)、空壓機及
照明約占13%，測試區(qū)占11%

導(dǎo)線架

空調(diào)占50%,，制程占25%,，空壓機占8%

IC封裝

空調(diào)占40%，制程占30%,，空壓機占13%

印刷電路板

空調(diào)占12%,，制程占65%，空壓機占14%

彩色映像管

空調(diào)占20%,，制程占55%（其中封膏真空占30%）

變壓器

空調(diào)占35%,，烘干機占20%

電線電纜

依各廠商生產(chǎn)之產(chǎn)品及制程而定，變化相當(dāng)大

冷氣機

板金涂裝及組立約占60%,，空壓機占25%

表十三空壓系統(tǒng)耗能占比

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