【漲知識(shí)】| 滿滿干貨：如何評(píng)估和減少壓縮空氣泄漏？

壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的動(dòng)力源之一，由于其具有安全、無(wú)公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代化、自動(dòng)力領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣。壓縮空氣又是一種昂貴的能源動(dòng)力源，持續(xù)降低壓縮空氣整體的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，是每一個(gè)工廠管理者的重要課題。

壓縮空氣泄漏幾乎是工廠里常見(jiàn)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(wàn)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(guò)觸覺(jué)和視覺(jué)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(tīng)到聲響之外，“隱蔽”的泄漏往往發(fā)生在工作場(chǎng)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：

• 管道接頭、快插接頭

• 壓力調(diào)節(jié)器（FRL）

• 經(jīng)常打開(kāi)的冷凝水排放閥

• 破損的軟管，破裂的管道

一個(gè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，難以避免會(huì)有泄漏的發(fā)生。根據(jù)美國(guó)能源部（DOE）相關(guān)調(diào)查結(jié)果和本文作者長(zhǎng)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(duì)于空氣系統(tǒng)中的泄漏未采取任何措施。

當(dāng)然，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：

• 對(duì)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

• 對(duì)于2~5年的系統(tǒng)或中型工廠，泄漏率在7%到10%之間

• 對(duì)于超過(guò)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)致著工廠停工風(fēng)險(xiǎn)增高。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(huì)下降，如果希望保持空氣系統(tǒng)的壓力，就必須要開(kāi)啟額外的壓縮機(jī)，這也會(huì)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(mén)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(huì)離開(kāi)壓縮空氣系統(tǒng)。在某個(gè)時(shí)間，可能會(huì)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(huì)突然下跌，甚至超過(guò)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(lái)，空氣壓縮機(jī)又由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，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)系如下表：

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(lái)定量評(píng)估壓縮空氣的泄漏量，它們分別是:

• 儲(chǔ)氣容積測(cè)定法

• 壓縮機(jī)運(yùn)行測(cè)定法

• 超聲波泄漏檢查法

1. 儲(chǔ)氣容積測(cè)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(kāi)空氣系統(tǒng)方式，對(duì)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

?P：壓力差，bar

P0：絕對(duì)壓力，bar

V：泄漏的空氣量，m3

T：測(cè)試時(shí)間，min

舉例：

舉個(gè)例子，如果一個(gè)空氣系統(tǒng)，其儲(chǔ)氣總?cè)莘e（包括儲(chǔ)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(chǔ)氣罐壓力從7barg下降到6bar g，那么泄漏量為：Q=2 /min，在3分鐘內(nèi)共計(jì)泄漏了6 m3的空氣。

2. 壓縮機(jī)運(yùn)行測(cè)定法

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(kāi)系統(tǒng)的。

開(kāi)啟一臺(tái)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

舉例：

舉個(gè)例子，如果一個(gè)空氣系統(tǒng)中只有一臺(tái)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18 m3的空氣。

3.超聲波泄露檢測(cè)法

壓縮空氣泄漏檢測(cè)的困難在于大部分管路都無(wú)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(wú)法從視覺(jué)上判斷出來(lái)，所以超聲波檢測(cè)是一種常用的方法。超聲波通常是指頻率高過(guò)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(cè)壓縮空氣泄漏可以在工業(yè)檢測(cè)中得以應(yīng)用。

超音波泄漏檢測(cè)儀是一種使用專(zhuān)用儀器，任何氣體通過(guò)泄漏孔都會(huì)產(chǎn)生渦流，會(huì)有超音波波段的部份，超音波泄漏檢測(cè)儀能夠感應(yīng)任何種類(lèi)的氣體泄漏。通過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)儀有不同的參數(shù)表。

超聲波泄漏檢測(cè)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(kāi)啟的閥門(mén)、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(dòng)的機(jī)器，排水閥，快插等等；

2. 在巡視過(guò)程中可以勾畫(huà)一條合適的檢測(cè)路線，可能時(shí)繪制管線圖，對(duì)將來(lái)的確定泄漏點(diǎn)非常有幫助。

3. 用泄漏測(cè)試槍仔細(xì)檢測(cè)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。

4. 從供氣端開(kāi)始，逐步將檢測(cè)向使用端推進(jìn)。

5. 建議將檢測(cè)區(qū)域細(xì)分，逐一進(jìn)行，避免重復(fù)檢測(cè)或者漏檢。

6. 檢測(cè)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)至少到泄漏減少（建議不拆除，以便復(fù)檢）。

7. 在泄漏點(diǎn)維修后再次進(jìn)行檢測(cè)，有時(shí)候維修會(huì)導(dǎo)致新的泄漏點(diǎn)產(chǎn)生。

8. 計(jì)算泄漏量大小。

9. 編撰泄漏檢測(cè)報(bào)告。

實(shí)踐中，泄漏檢測(cè)服務(wù)工作往往會(huì)將上述多種方法綜合運(yùn)用：通過(guò)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(cè)的依據(jù)。方法三可以測(cè)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(huì)產(chǎn)生成本，在實(shí)際中經(jīng)常采用帕累托分析確定修復(fù)的優(yōu)先級(jí)，下圖是泄漏檢測(cè)報(bào)告中常見(jiàn)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)，就可以花少的資源產(chǎn)生大的價(jià)值。

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(jiǎn)單：直接把泄漏部位擰緊；也可能會(huì)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(dòng)切斷供氣的部件，對(duì)于這些設(shè)備可選配電磁閥，在停機(jī)時(shí)接收信號(hào)自動(dòng)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(jiǎn)單但有效的減少泄漏的方法。

有些國(guó)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(lái)減少系統(tǒng)泄漏量。從前述圖表數(shù)據(jù)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(guò)壓力流量調(diào)節(jié)裝置來(lái)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(dòng)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，其中減少泄漏是較直接的節(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(píng)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(duì)整個(gè)工廠的管理進(jìn)行一次泄漏檢查，所帶來(lái)的能源節(jié)約將大大超過(guò)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(guò)一些有效的方式對(duì)系統(tǒng)的泄漏做出定量計(jì)算和檢測(cè)，進(jìn)而采取措施對(duì)泄漏情況作出相應(yīng)的改造，就能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)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(wú)論對(duì)企業(yè)本身或是對(duì)國(guó)家都是有深遠(yuǎn)意義的。