压缩空气站中的螺杆空压机选型
【压缩机网】随着现代社会的发展，人类对能源需求越来越大，使得环境承载能力到达极限，节能减排已成为人类的共识。十四五规划中提出了“坚持绿水青山就是金山银山理念，坚持尊重自然、顺应自然、保护自然，坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主，守住自然生态安全边界。”能耗大户压缩机行业，消耗了全国发电总量约30%的电力，其中空气压缩机年耗电量约为全国总发电量的10%，节约空间巨大。2018年中国通用机械工业协会制定了团体标准T/CGMA033001 -2018压缩空气站能效分级指南，该标准对气站作为一个整体进行节能考核、分级，作为气站最主要的能耗设备空气压缩机的选型、配置是否合理尤为重要。
一、设备本身能效对节能的影响
螺杆空压机是否节能？不是看机组排气量有多大，也不是看电机功率是多少，而是看机组比功率，机组比功率越低越节能。一般机组标牌上都有机组的比功率数据，为了更好理解机组比功率与耗电量的关系，我们引入用电单耗的概念，即压缩机组产生1m3（进气状态）的压缩空气所消耗的电量。
现市场上的螺杆压缩机能效一般都是1-3级，假如压缩空气站需要40m3/min@8bar的压缩空气，以风冷螺杆机为例，机组电机功率差不多需要200kW。按GB19153-2019 能效标准分别为1级能效机组比功率6.0kW(m3/min)，3级能效机组比功率7.2kW(m3/min)。按年需19200000（m3）压缩空气计算，1级能效机组耗电量=6.0/60*19200000 =1920000(kW·h)，3级能效机组耗电量=7.2/60*19200000 =2304000（kW·h），年耗电量差距是非常大的。
二、不同气量控制调节方式对节能的影响
1、加载/卸载调节。调节方法是：当排气压力升高到卸载压力时，关闭进气阀，只有节流小孔进气用于放空，机组不产生压缩空气；当排气压力低于加载压力时，打开进气阀全流量进气，通常加卸载压力差约为1bar左右。我们以75kW-8bar机组为例，排气量为13.6m3/min，假设用气量为10.88m3/min（负载率为80%左右），用气系统管路+储气罐总容积10.88m3。则机组加载4分钟卸载1分钟循环运行，机组一个循环周期的输入功率、运行时间图如图1。
在80%负载时每小时耗电量：
B=（（82.55+86.50）*4/2+（68.9+28.4） *1/2）*12/60=77.35（kW·h）
2、容调控制。通过比例阀控制进气阀口的开度来调节机组的进气量，使得机组的产气量与用气量相同，实现压力的稳定。因进气的节流原因，机组部分载荷时比功率会比较差。我们也以75kW-8bar机组为例，排气压力7.5bar，机组容积流量30-100%的比功率数据如图2。
在80%负载时每小时耗电量：
B=10.88*7.03=76.49（kW·h）
3、变转速流量调节（变频）。通过变频器根据压力信号来调节主机的转速从而实现对流量、压力的控制。有永磁电机和异步电机两种，永磁电机效率高，特别是在部分载荷时，优势会更明显。我们仍以75kW-8bar机组为例，排气压力7.5bar时的转速与容积流量、输入比功率数据如图3，右侧纵坐标为容积流量值：
异步变频在80%负载时每小时耗电量，B=10.88*6.27=68.218（kW·h）
永磁变频在80%负载时每小时耗电量，B=10.88*6.20=67.456（kW·h）
通过上面的计算及性能曲线，我们可以得出以下结论：
a．100%负载时，工频机组最节能，因变频器需消耗功率，异步变频机组比功率一般会增大1.5-3%，永磁电机效率比异步电机更高，永磁机组比功率会比工频机组大0.5-1%。
b．工频机组在70-100%负载时，采用容调控制节能，低于70%负载时，采用加卸载控制更节能。
c．变频机组采用永磁电机节能，特别是低于70%负载时，永磁机组节能空间更大。
d．低于90%负载时，机组节能顺序为永磁机组＞异步变频机组＞工频机组。
三、压缩空气站选型建议
1、不管气站中需单台还是多台机组，选比功率最小的机组最节能。
2、每日用气量稳定并且近几年都不会增加的气站，选工频机组最好，并且机组的容积流量与用气量相当即可。
3、每日用气量波动大的气站，单台机组选用变频机组，多台机组选用工频机组加变频机组组合，采用联网控制，变频机组变频压力设定值小于工频机组的卸载压力。
来源：本站原创
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