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  壓縮空氣是工業(yè)企業(yè)重要的二次能源，主要由電能經(jīng)空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)換而來，是工業(yè)企業(yè)的主要能源消耗設(shè)備之一，也是工業(yè)企業(yè)應(yīng)用較多的通用機(jī)械設(shè)備。因此，依據(jù)《空氣壓縮機(jī)組及供氣系統(tǒng)節(jié)能監(jiān)測(cè)方法》（GB/T16665-1996）進(jìn)行節(jié)能監(jiān)測(cè)，是降低空氣壓縮機(jī)電耗，提高過空氣壓縮機(jī)能效水平的重要手段。該標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)測(cè)試項(xiàng)目共有4項(xiàng)：①、壓縮機(jī)排氣溫度，②、壓縮機(jī)冷卻水進(jìn)水溫度，③、壓縮機(jī)冷卻水進(jìn)出水溫差，④、空氣壓縮機(jī)組用電單耗。前3項(xiàng)的測(cè)試可以使用測(cè)溫儀表直接測(cè)試，第4項(xiàng)空氣壓縮機(jī)組用電單耗的測(cè)試中，空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量在實(shí)際工作時(shí)，往往因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)沒有配置流量計(jì)或流量計(jì)數(shù)據(jù)可疑等使節(jié)能監(jiān)測(cè)人員不易解決，難度大，本文就空氣壓縮機(jī)流量測(cè)試與節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析探討。
一、幾種主要的流量測(cè)試方法
空氣壓縮機(jī)排氣量測(cè)試主要有兩種方式，即直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。直接測(cè)量法如流量計(jì)法，主要指利用設(shè)置在空氣壓縮機(jī)出氣管線的流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器等測(cè)量工況下的壓縮機(jī)排氣量，如孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)等；間接測(cè)量法如儲(chǔ)氣罐法、中間冷卻器法等。
1．流量計(jì)法
對(duì)壓縮空氣流量計(jì)量方法來說，zui簡(jiǎn)單的方法就是在空氣壓縮機(jī)進(jìn)口處安裝孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)等性能可靠的流量計(jì)，實(shí)時(shí)、連續(xù)地測(cè)定瞬時(shí)流速和累積流量，這種方法主要應(yīng)注意的是流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)選取和正確安裝，如管徑、流量范圍、流量計(jì)上游和下游直管段長(zhǎng)度等，這些參數(shù)如果選擇正確，可以得到正確的流量值。這時(shí)，可以按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量：

式中：Gx——空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量，m3；Gp——空氣壓縮機(jī)排氣端氣量，流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)，m3；Tx—壓縮機(jī)吸氣溫度，K；Tp——壓縮機(jī)排氣溫度，K；Px——壓縮機(jī)吸氣壓力(大氣壓力)，Mpa；Pp——壓縮機(jī)排氣壓力，Mpa。
2．儲(chǔ)氣罐法
當(dāng)空氣壓縮機(jī)沒有安裝流量計(jì)或流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)可疑時(shí)，可以采用此方法，其原理是把從空氣壓縮機(jī)的排氣口開始，經(jīng)過后冷卻器、到儲(chǔ)氣罐，直至關(guān)閉的儲(chǔ)氣罐排氣閥的儲(chǔ)氣空間作為一個(gè)密閉容器，首先把儲(chǔ)氣罐排空，關(guān)閉出口，然后把空壓機(jī)啟動(dòng)，從加載開始計(jì)時(shí)測(cè)定該空間從特定的壓力P1上升到又一特定的壓力P2卸載止，所需要的時(shí)間t，然后通過測(cè)試的這些參數(shù)和流進(jìn)儲(chǔ)氣罐的壓縮空氣量來計(jì)算空氣壓縮機(jī)的排氣量，具體步驟是：
（1）測(cè)試前先使空氣壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉與管網(wǎng)相通的閥門。檢查從空氣壓縮機(jī)至儲(chǔ)氣罐的全部接頭處與壓蓋是否漏氣，消除漏泄點(diǎn)，將貯氣罐內(nèi)空氣排盡。
（2）開動(dòng)空氣壓縮機(jī)。
（3）當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到P1(一般表壓為0.2Mpa)時(shí)，秒表開始計(jì)時(shí)并記錄溫度儀表、壓力表讀數(shù)。
（4）當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力達(dá)到儲(chǔ)氣罐額定表壓力P2時(shí)，立即停止秒表和空氣壓縮機(jī)，記錄壓力由P1升至P2的時(shí)間t、壓力P1、P2、T1、T2。
（5）空氣壓縮機(jī)排氣量按下式計(jì)算：

式中：V—儲(chǔ)氣罐及儲(chǔ)氣罐總排氣閥到空氣壓縮機(jī)末級(jí)排氣閥的管道系統(tǒng)容積的總和，m3
t—儲(chǔ)氣罐壓力由P1上升到P2所需要的時(shí)間，s
γ—吸入狀態(tài)下空氣的密度(kg／m3)
P1，P2—儲(chǔ)氣罐充氣前后儲(chǔ)氣罐中之壓力，Mpa
T1，T2—儲(chǔ)氣罐測(cè)試前后儲(chǔ)氣罐中空氣之溫度，K
3.熱交換法
當(dāng)空氣壓縮機(jī)沒有安裝流量計(jì)時(shí)，也可以采用此法，其原理是應(yīng)用能量守恒定律，以熱交換器中兩種工質(zhì)溫度參數(shù)變化進(jìn)行測(cè)試的方法，由于其現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試條件要求較低，安全性較好，測(cè)試簡(jiǎn)便可行，多年來，使用此種測(cè)試方法較多，它是把中間冷卻器視作流量計(jì)使用，測(cè)定中間冷卻器的供水量Q，冷卻器進(jìn)、出水溫度tx1、tx2，進(jìn)出空氣溫度ts1、ts2，然后，通過測(cè)試的這些參數(shù)按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量：

式中：
Q——中間冷卻器的供水量，m3/h；tx1、tx2——中間冷卻器進(jìn)、出水溫度，℃；tb1：一級(jí)排氣溫度；ts2：二級(jí)吸氣溫度，℃；ps1——吸氣壓力，Mpa；Ts1：一級(jí)吸氣溫度，K
當(dāng)中間冷卻器無疏水排出時(shí)，式中X1=X2，則上式簡(jiǎn)化為：

二、儲(chǔ)氣罐法和熱交換法比較
儲(chǔ)氣罐法具有一定的危險(xiǎn)性，要求有經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)試人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在用儲(chǔ)氣罐法測(cè)試排氣量之前，應(yīng)充分檢查調(diào)壓器、安全閥的動(dòng)作，確認(rèn)安全、可靠后才能進(jìn)行，儲(chǔ)氣罐上的安全閥應(yīng)該能保證在規(guī)定的開啟壓力下把空氣壓縮機(jī)的排氣量排盡，并且在測(cè)試過程中可能影響到企業(yè)生產(chǎn)的正常供氣。
儲(chǔ)氣罐出口總閘閥和排污閥應(yīng)無內(nèi)漏，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)無外漏；測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人應(yīng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)熟悉，并且事先制定和向測(cè)試人員交待好安全與應(yīng)變措施測(cè)試時(shí)，空氣壓縮機(jī)組應(yīng)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行至少半小時(shí)，然后，關(guān)閉儲(chǔ)氣罐出口總閘閥，接著測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)氣壓上升到P2時(shí)，立即按下秒表，記下時(shí)間t，并使空壓機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行，這一連串的測(cè)試與操作要在幾秒內(nèi)完成，測(cè)試與操作人員需要配合默契，
否則測(cè)試失敗。
若整個(gè)空氣壓縮機(jī)組在運(yùn)行，那么在關(guān)閉儲(chǔ)氣罐出口總閘閥后，應(yīng)使測(cè)試機(jī)組空負(fù)荷運(yùn)行，這時(shí)可用儲(chǔ)氣罐的排污閥排盡罐內(nèi)壓力，然后再使該機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)行正式測(cè)試。在計(jì)算全部充氣容積時(shí)，應(yīng)充分估計(jì)到貯氣罐內(nèi)與排氣管壁的積垢狀況，力求充氣容積準(zhǔn)確。儲(chǔ)氣罐法在測(cè)試中往往避免不了一些人為誤差，如所熟練、熟悉程度，需要的壓力表、溫度儀表、秒表準(zhǔn)確度，不易正確測(cè)得的溫度值等影響了計(jì)算結(jié)果的正確性，雙儲(chǔ)氣罐和多臺(tái)空壓機(jī)測(cè)試時(shí)更為復(fù)雜等。熱交換法與儲(chǔ)氣罐法相比，從現(xiàn)場(chǎng)的組織管理和測(cè)試要簡(jiǎn)單的多，只要求被測(cè)機(jī)組能正常滿負(fù)荷運(yùn)行，一般不影響企業(yè)生產(chǎn)的正常供氣，測(cè)試周期也可以靈活確定為30min或60min，測(cè)試時(shí)無任何危險(xiǎn)，僅要求中間冷卻器水管無泄漏，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化測(cè)試計(jì)算，可以選擇大氣相對(duì)濕度小的時(shí)候進(jìn)行測(cè)試，此時(shí)，可以忽略空氣進(jìn)入中間冷卻器的含濕量X1和空氣排出中間冷卻器的含濕量X2，從而使得計(jì)算簡(jiǎn)化。
三、流量測(cè)試結(jié)果的修正及空氣壓縮機(jī)組用電單耗計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《容積式壓縮機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)》GB3853-1998，壓縮機(jī)在排氣量測(cè)定過程中，有冷卻水排出時(shí)，必須對(duì)所計(jì)算的排氣量進(jìn)行修正，此修正值一般小于總排氣量的1%，其計(jì)算公式如下：

式中：
Q1——計(jì)入冷凝水的壓縮機(jī)容積流量，m3/min；Ws——壓縮機(jī)排氣口到儲(chǔ)氣罐出口總閘閥之間收集到的單位時(shí)間內(nèi)的冷凝水質(zhì)量，kg/min；Ps——大氣壓力下的飽和水蒸氣壓力，Mpa；P0——空壓機(jī)的一級(jí)吸氣壓力；ρs大氣溫度下的飽和水蒸氣密度，kg/m3。
應(yīng)用熱交換法測(cè)試的結(jié)果，一般不需要再修正，只有當(dāng)空氣的相對(duì)濕度較大時(shí)，可以應(yīng)用溫濕度計(jì)測(cè)試空氣的相對(duì)濕度φ、一級(jí)吸氣壓力Ps1、二級(jí)吸氣壓力Ps2，查出一級(jí)吸氣溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓PH1和二級(jí)吸氣溫度對(duì)應(yīng)的飽和水汽壓PH2，然后按下式求出X1與X2：

通過上述測(cè)試和計(jì)算方法得出空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量，同時(shí)使用電能表測(cè)試出空氣壓縮機(jī)組在測(cè)試期輸入電能W，按下式計(jì)算空氣壓縮機(jī)組用電單耗，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格指標(biāo)進(jìn)行判斷節(jié)能監(jiān)測(cè)空氣壓縮機(jī)組及供氣系統(tǒng)是否合格。

式中：
D—空氣壓縮機(jī)用電單耗，kW.h/m3；W—空氣壓縮機(jī)組輸入電能，kW.h；Gx—空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量，m3；K1—冷卻水修正系數(shù)，水冷K1=1.00，風(fēng)冷K1=0.88；K2—壓力修正系數(shù)。
通過我們?cè)趯?shí)際工作中的應(yīng)用，流量計(jì)直接測(cè)量法簡(jiǎn)單易行，但往往現(xiàn)場(chǎng)沒有配置；儲(chǔ)氣罐法比較適合容積流量較小的螺桿式空氣壓縮機(jī)組，中間冷卻器法在實(shí)際節(jié)能監(jiān)測(cè)中應(yīng)用較多，能較好地解決空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣端氣量這一難題。