鑄造車間壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造

孫 政，郭廷濤

（1.煙臺勝地汽車零部件制造有限公司，山東煙臺 264006；2.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300113）

1 概述

壓縮空氣是鑄造車間生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的動力介質(zhì)，具有安全、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等優(yōu)點。特別是在砂型鑄造工藝中，在熔化工部、造型工部、砂處理工部、制芯工部、清理工部中均要用到壓縮空氣，主要用于筑爐、造型、制芯、新砂發(fā)送、粉料發(fā)送、除塵、氣動工具、氣動元件等，每t合格鑄件耗氣量約為580m3[1]，每條鑄造生產(chǎn)線需要投入160kW 的空壓機約2～3 臺。

壓縮空氣系統(tǒng)泄露造成的能源浪費發(fā)生在大部分工廠，泄露量達到20%～35%[2]，主要發(fā)生在壓縮空氣管路、各用氣設(shè)備的閥門、接頭、三聯(lián)件等處，為保證用氣點的使用壓力，就需要提高空壓機的出口壓力，系統(tǒng)壓力提高1bar，就需要增加6%的壓縮機功率，而且系統(tǒng)壓力每增加0.3bar 壓力，就會增加4%的泄漏，泄漏與系統(tǒng)壓力是成正比的。

某車間在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)壓縮空氣用氣點壓力不足、設(shè)備維修頻繁等，檢查發(fā)現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)多處泄露，為避免能源的持續(xù)浪費，該車間展開了節(jié)能改造工作，壓縮空氣系統(tǒng)改造后節(jié)能效果顯著。

2 壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣中有三種主要污染物：固體顆粒、水和油。它們之間會相互影響（例如：固體顆粒會使水和油滴聚集成更大的顆粒，油和水會形成乳狀物），且有時會在壓縮空氣系統(tǒng)的管道中沉淀和凝結(jié)（如：油蒸氣或水蒸氣）[3]。壓縮空氣管路系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)空壓站產(chǎn)出的壓縮空氣質(zhì)量等級選擇相應(yīng)的或更高一級的管道，否則會導(dǎo)致管路系統(tǒng)的銹蝕、泄露等，進一步影響用氣點壓縮空氣的品質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)品廢品增加、用氣設(shè)備故障等，壓縮空氣泄露會直接導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。

2.1 選用原則[4]

壓縮空氣管道的選用應(yīng)滿足用氣點對壓縮空氣流量、壓力及凈化等級的要求，一般有碳鋼管、熱鍍鋅鋼管、不銹鋼管和銅管，根據(jù)壓縮空氣中的固體顆粒等級、濕度等級選用相應(yīng)材質(zhì)的管道及附件材料。

壓縮空氣固體顆粒等級或濕度等級不高于5級的管道，可采用碳鋼管；壓縮空氣固體顆粒等級或濕度等級高于5 級、不高于3 級的干燥和凈化壓縮空氣管道，可采用熱鍍鋅鋼管或不銹鋼管；壓縮空氣固體顆粒等級或濕度等級高于3 級的干燥和凈化壓縮空氣管道，應(yīng)采用不銹鋼管或銅管。

2.2 壓縮空氣管道對比分析

在鑄造車間選用多為比較經(jīng)濟的熱鍍鋅鋼管，熱鍍鋅鋼管是先將鋼管進行酸洗，再清洗，然后進行熱浸鍍，使熔融金屬與鐵基體反應(yīng)而產(chǎn)生合金層，從而使鋼管具有耐腐蝕能力。在實際應(yīng)用中，熱鍍鋅鋼管作為壓縮空氣輸送的管路系統(tǒng)，長時間使用也會生銹。

近些年鋁合金管道不斷被企業(yè)所接受，應(yīng)用越來越多。鋁合金管道經(jīng)過陽極氧化處理后內(nèi)壁形成三氧化二鋁致密保護層使管材具有優(yōu)秀的抗堿、酸腐蝕能力，且管道內(nèi)壁光滑，有利于降低氣體輸送的摩擦系數(shù)，減少壓降，管道外壁采用特殊材料干粉噴涂，使得內(nèi)外不被腐蝕，具有很強的耐酸和耐堿性；鋁合金管道易安裝，管路和接頭無須另外處理可以立即安裝，快速裝配；價格高于熱鍍鋅鋼管，低于不銹鋼管和銅管。不銹鋼管道特性與鋁合金管道相似，但價格昂貴。

綜上，熱鍍鋅鋼管雖然比較經(jīng)濟，但仍存在生銹的風(fēng)險，而且安裝周期相對較長；鋁合金管道抗腐蝕性強、壓降小，價位適中，安裝便捷，施工周期短，選用鋁合金管道用于老車間改造對生產(chǎn)影響小，項目改造最終選用經(jīng)過陽極氧化處理的鋁合金管道。

3 改造前現(xiàn)狀

車間壓縮空氣系統(tǒng)在改造前使用的是普通鋼管，僅使用兩年的管道拆除后發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁嚴(yán)重銹蝕，存有大量的銹渣，空壓站主管道末端還存在大量冷凝水及銹渣混合物，拆除的管道情況見圖1～6。

圖1 管壁

從圖片中可以看出無縫鋼管的內(nèi)層和外層均已被腐蝕，管路中含有大量的水、雜質(zhì)、油，對無縫鋼管造成腐蝕，特別是在焊接部位和破損處，腐蝕會更嚴(yán)重。

銹蝕鋼管的內(nèi)壁粗糙度增大會造成管道的壓力損失增大，同時鐵銹會造成管道內(nèi)徑縮小而增加壓降，這個壓降會隨著使用時間變得越來越大；銹蝕的鋼管泄漏量也會增加，需要增加系統(tǒng)壓力來克服泄漏帶來的壓力降，從而增加耗能。6bar 壓力下因泄漏造成的能耗見表1。

表1 6bar 壓力下泄漏耗能表

銹蝕的鋼管會對壓縮空氣造成污染，壓縮空氣即使在空壓站經(jīng)過了嚴(yán)格的過濾，經(jīng)過管路系統(tǒng)的傳輸，到達用氣終端時，已經(jīng)受到了污染，含有雜質(zhì)、油、水的壓縮空氣必然會導(dǎo)致設(shè)備故障，甚至影響產(chǎn)品質(zhì)量，即使在用氣終端采用了氣動三聯(lián)件等措施，由于鐵銹是固體雜質(zhì)，非常容易吸附在濾材上，導(dǎo)致濾材使用壽命過短。

圖2 管道內(nèi)壁

圖3 銹蝕的法蘭

圖4 銹和垢

圖5 銹和水

圖6 泥漿

4 節(jié)能改造

某車間空壓站內(nèi)裝有4 臺160kW 的空壓機，對車間及空壓站全部管路系統(tǒng)進行升級改造，將原使用的管道全部拆除，安裝鋁合金管道。

系統(tǒng)改造完成后，對空壓機輸出壓力進行了調(diào)整，輸出壓力整體下調(diào)0.5bar，調(diào)整前后參數(shù)如圖7、8 所示。

圖7 調(diào)整前

5 改造效果

5.1 電流方面對比

分別記錄了每臺空壓機在更換管道及更改輸出壓力前后的運行電流，以比較改造前后節(jié)能情況。電流值是用同一只電流表在現(xiàn)場測得。以4#機為例，改造前加載壓力為6.7bar、卸載壓力為7.2bar；改造后加載壓力6.2bar、卸載壓力6.7bar，改造前后加載電流分別為332A、309A，改造后電流減少23A，可初步計算出節(jié)能比例約為23/33 2=6.93%。

5.2 實際耗電量對比

改造前和改造后工作日平均用電量的統(tǒng)計結(jié)果如下：

改造前為11511.48kW·h/ 天；改造后為10655.45kW·h/天。改造后平均每天節(jié)省856kW·h，節(jié)能比例為856/11511=7.44%。年節(jié)省電費約：856kW·h/ 天×0.83 元/kW·h×290 天=20.6 萬元。

5.3 系統(tǒng)運行方面

項目改造后連續(xù)運行以來，壓縮空氣系統(tǒng)運行可靠、系統(tǒng)壓力穩(wěn)定、用氣點壓縮空氣品質(zhì)高，用氣設(shè)備的維護工作明顯減少，產(chǎn)品質(zhì)量也有很大改善。

檢查車間管網(wǎng)壓力值，在車間管路最末端用氣設(shè)備的壓力表顯示值，最低壓力6.15bar、最高壓力6.45bar，壓力滿足正常生產(chǎn)需要。改造后車間管網(wǎng)見圖9、10。

6 結(jié)語

壓縮空氣系統(tǒng)作為鑄造車間應(yīng)用最為廣泛的重要動力介質(zhì)，大多數(shù)壓縮空氣系統(tǒng)運行效率較低，存在泄露、管網(wǎng)壓損大等問題，從而導(dǎo)致能源的浪費，1 個1mm 的漏洞每年就有300W 的能源浪費。通過本項目改造前后對比可以看出，該車間改造后直接生產(chǎn)成本就可實現(xiàn)年節(jié)省20 余萬元，再加上壓縮空氣對設(shè)備維護、產(chǎn)品質(zhì)量等方面的影響，改造效果顯著。

圖8 調(diào)整后

圖9 改造后管網(wǎng)

圖10 改造后閥門