一、前言

改革開放三十年來，我國經(jīng)濟規(guī)模和綜合實力大幅增長，生產(chǎn)大幅提升，國際競爭力顯著增強，去年奧運會的成功舉辦也極大地增強了我們民族的自信。但正如路甬祥院士所說，當前我國制造業(yè)、甚至整個國民經(jīng)濟的發(fā)展面臨資源、能源和環(huán)境的嚴重制約，未來20年制造業(yè)的增長，如果單純依靠數(shù)量增長，這是資源、能源和環(huán)境所不能承受的。因此我國必須依靠科技進步，采取綠色制造技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值的同時，努力降低資源和能源消耗，這是未來制造業(yè)的發(fā)展方向、也是從制造大國走向制造強國的必由之路。

當前，我國1噸標準煤生產(chǎn)的GDP只有美國的28.6%、歐盟的16.8%、日本的10.3%，節(jié)能空間巨大。2005年底"十一五"規(guī)劃中我國首次明確確定節(jié)能目標："十一五"期間，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗從1.22噸標準煤下降到0.98噸，平均年節(jié)能目標為4.4%。但2006年僅完成1.23%，2007年完成3.27%，剩下三年的節(jié)能壓力非常巨大。2008年4月，全面修改的新節(jié)約能源法正式實施，將節(jié)約資源定為我國的基本國策?？梢哉f，中國已經(jīng)進入到一個全面推進節(jié)能減排工作的局面。

在這樣一個背景下，可以預見今后幾年，越來越多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、工廠都將改變現(xiàn)在不計能耗只顧發(fā)展的態(tài)勢，開始著手采取措施，有計劃有步驟地削減能耗。

以此為背景，在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)工廠總耗電量10-20%，有些工廠甚至高達35%的壓縮空氣系統(tǒng)在我國將不可避免地會成為節(jié)能工作的對象。壓縮空氣系統(tǒng)由于其元器件價格低廉、系統(tǒng)構(gòu)成及維護容易等特點，從70年代開始在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用逐步擴大，至今已形成全球年銷售額約110億美元的市場規(guī)模，在中國年銷售額達到近50億人民幣。但是，在原油日益高漲、能源問題突出的今天，壓縮空氣系統(tǒng)使用中浪費嚴重等問題也引起了人們的關(guān)注，壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能在我國正成為一個重要而迫切的課題。

壓縮空氣系統(tǒng)能耗的96%為工業(yè)壓縮機的耗電。我國工業(yè)壓縮機的耗電量2006年1800億度，2007年高達2000億度，約占全國總耗電量的6%。而GDP為我國1.6倍的日本的工業(yè)壓縮機耗電量僅為400億度。這說明我們在調(diào)整產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的同時，還需大力提高壓縮空氣系統(tǒng)的能源利用效率。

二、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)路線

壓縮空氣的使用能耗可以用氣動功率的積分表示。因此，如圖4所示，在壓縮空氣使用中，減少壓力、流量、時間任何一個變量，都可降低壓縮空氣能耗。例如，如能將壓縮機輸出壓力從0.7MPa降低到0.6MPa，可以節(jié)約壓縮機用電至少5.8%。

具體到壓縮空氣系統(tǒng)中三大環(huán)節(jié)，可按圖5所示的流程，采取如下的節(jié)能措施：

1）壓縮空氣的產(chǎn)生：壓縮機的合理配置與運行，供給壓力的降壓及運行模式優(yōu)化，壓縮機與空氣凈化設備狀態(tài)的日常管理…

2）壓縮空氣的傳送：泄漏的日常點檢與最小化，接頭處的壓損改進，管網(wǎng)節(jié)點配置的合理化，耗氣量分配的監(jiān)測與日常管理…

3）壓縮空氣的使用：氣力輸送中壓力及流量的合理化，機器非工作時供氣的停止，分壓供氣，氣缸驅(qū)動回路及驅(qū)動速度的改進，測量管路的最短化…

三、當前我國企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)使用中存在的主要問題

在當前我國氣動用戶的壓縮空氣系統(tǒng)中，能源浪費主要表現(xiàn)為泄露偏大、壓縮機配置及運行僅以保壓為目的、供給壓力不合理、氣槍噴嘴低效、設備用氣存在浪費、現(xiàn)場工人用氣成本意識淡薄等等問題。

在泄露問題上，工廠中的泄露量通常占供氣量的10-30%，而管理不善的工廠甚至可能高達50%。有時一個汽車組裝車間的泄漏點就有2萬個，其中，泄露量的90%以上來自設備使用中的零部件老化或破損。而尤為嚴重的是，現(xiàn)場管理人員遠遠地低估了泄漏造成的損失。比如，汽車點焊工位的一個焊渣在氣管上導致的一個直徑1mm的小孔每年導致的損失高達約3,525度電，幾乎相當于兩個三口之家的全年家庭用電。加強泄漏損失意識、普及泄漏檢測及預防手段是當前工作重點。當前國內(nèi)一些企業(yè)在開始利用ECOSO系列泄露檢測儀及泄露點掃描槍查漏堵漏，并已取得一些成效。

壓縮機的合理配置及合理運行對節(jié)省用電非常重要。通常，為使輸出壓力波動小，很多壓縮機采用吸氣閥調(diào)節(jié)方式。這種方式在沒有供氣的情況下也仍需消耗70%額定功率的電力，浪費較嚴重。為此，導入變頻控制、采用壓縮機群的臺數(shù)控制等措施對削減電力十分奏效。而這些在工廠的實際操作中基本都被忽略，保證壓力成為大多數(shù)工廠對壓縮機管理的唯一要求。

另外，由于管道壓力損失不確定，設備啟動存在流量高峰等原因，壓縮機的供氣壓力有時比現(xiàn)場要求壓力高出0.2-0.3MPa，浪費非常嚴重。有時也會為了少數(shù)幾臺壓力要求高的設備，而整個調(diào)高供氣的壓力，這在能源使用配置上極其不合理，非明智之舉。

氣槍在制造加工的精修、機加工等工藝現(xiàn)場被廣泛使用，其耗氣量在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達到總供氣量的50%。通常，氣槍在使用過程中存在供氣管道過長、供給壓力過高、用直管銅管做噴嘴等問題。另外，現(xiàn)場人員很容易為了追求大沖擊力而擅自擴大噴嘴噴口、提高供給壓力，從而造成很大的用氣浪費。

另外，在氣動設備中存在用氣不合理的現(xiàn)象也比較突出，例如確定工件是否卡到位的氣體背壓檢測、真空發(fā)生器給氣等存在不工作也不間斷供氣現(xiàn)象。尤其是化學藥液槽等用于攪拌目的的用氣、輪胎制造中的定型充氣等，從0.7MPa的高壓減壓到0.1-0.2MPa使用的現(xiàn)象非常普遍，浪費得令人痛心。從工藝上把握設備的實際需要壓力和最低耗氣量是使設備耗氣合理化的前提。由于設備用氣不合理導致的浪費平均估計為供氣量的20%。

以上種種問題，表明當前壓縮空氣系統(tǒng)的使用中用氣浪費比較嚴重。所以，只需對其開展詳細調(diào)查，明確問題所在，采取合理有效的節(jié)能措施，就可取得30%甚至更高的節(jié)能效果。

四、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能在中國大有所為

當前，中國在氣動節(jié)能技術(shù)的研究和應用上幾乎還是一片空白。我國氣動用戶在氣動技術(shù)使用中存在效率偏低、浪費嚴重、欲實施節(jié)能也無從下手和缺乏經(jīng)驗等問題。在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的研究和實施上，日本走在世界的前列。自1997年防止地球溫室效應的京都協(xié)議簽訂以來，日本全國開始了聲勢浩大的節(jié)能運動，這其中也包括對壓縮空氣系統(tǒng)實施的節(jié)能活動。根據(jù)2002年日本流體動力工業(yè)會的調(diào)查，各企業(yè)實施節(jié)能后，氣動能耗削減了10-30%。日本在氣動節(jié)能技術(shù)研究應用上遙遙領(lǐng)先于其他各國，已積累了一些成熟的技術(shù)和經(jīng)驗，其中，日本SMC公司在日本給100家以上企業(yè)做了氣動節(jié)能提案，最大削減60%，總計節(jié)省金額折合人民幣1.5億元。這些技術(shù)和經(jīng)驗在中國的消化、普及、再創(chuàng)新將成為中國氣動節(jié)能工作的當務之急。

為此，2007年底，北京航空航天大學和SMC（中國）有限公司進行產(chǎn)學合作，針對壓縮空氣系統(tǒng)，成立了全國首個節(jié)能環(huán)保中心，深入研究壓縮空氣系統(tǒng)合理化技術(shù)，面向全國氣動用戶快速推進和普及氣動節(jié)能環(huán)保技術(shù)，促進行業(yè)健康發(fā)展。該中心對國內(nèi)一家外資企業(yè)實施了全面的節(jié)能改造，使工廠每單位產(chǎn)量壓縮機耗電量削減了34.5%，壓縮機從原來的10.5臺滿負荷運行變?yōu)?.5臺滿負荷運行，3臺壓縮機完全停機。

這說明壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能成效顯著。如能在我國廣泛開展氣動節(jié)能活動、普及氣動節(jié)能技術(shù)，每年可為國家節(jié)約用電600億度，折合金額360億元，具有非常可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

該中心正在針對我國汽車、紡織、電子半導體、加工機械等制造行業(yè)的大中型企業(yè)，以降低空氣壓縮機能耗為目的，結(jié)合各個行業(yè)特點研究切實可行的節(jié)能技術(shù)，制定一整套行之有效、易于實施、投資回收期小于一年的節(jié)能實施流程，將節(jié)能措施行業(yè)化、系統(tǒng)化、具體化、可操作化、可視化并進而規(guī)范化。

我們相信，只要氣動元器件廠家、壓縮機廠家、氣動用戶、大學研究機構(gòu)各自負起責任、共同努力，壓縮空氣系統(tǒng)的能耗一定能在當前基礎上實現(xiàn)大幅度的下降，為我國"十一五"節(jié)能目標的順利完成做出貢獻。

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