紡織廠織布車間壓縮空氣的泄漏評估

苗 苗，顏蘇芊，秦 莉，鄧小宏

(1.西安工程大學 城市規劃與市政工程學院，陜西 西安 710048； 2.西安恒信通節能技術有限公司，陜西 西安 710048； 3.咸陽紡織集團有限公司，陜西 咸陽 712000)

壓縮空氣作為目前工業領域中最為廣泛應用的動力源之一，具有安全、無公害、調節性能好、輸送方便等諸多優點，同時壓縮空氣也是最為昂貴的能源之一，其能耗在大多數工廠中約占全部能耗的30%～40%[1]。泄漏是紡織廠壓縮空氣系統中一個常見的浪費現象，泄漏量常占到系統產氣量的 20%～40%，管理不善的工廠甚至高達50%[2]。因此，正確評估紡織企業壓縮空氣系統的泄漏情況對于企業認識泄漏具有重要的意義。

通過對某紡織廠空氣壓縮系統的檢測，發現該廠的2個織布車間內織機臺數相近，但用氣量相差較大，可見其中一個織布車間泄漏情況十分嚴重。本文結合對泄漏的定量、定位檢測，對壓縮空氣在該用氣量多的織布車間內泄漏情況作出準確評估，并通過空氣壓縮機的比功率計算泄漏所造成的能耗及經濟損失，最后針對不同的泄漏原因提出了不同的堵漏方法，估算修復泄漏可帶來的經濟效益。

1 概 述

1.1 空氣壓縮系統

紡織廠使用的壓縮空氣分為紡部用氣和織部用氣，其中紡部用氣主要用于自動加壓和實現自動化生產，例如細紗氣動加壓、自動落紗、絡筒自動接頭等；織部用氣主要作為動力使用，完成噴氣織機的引緯和折邊功能[3]。紡織各部位用氣特點不同，對壓縮空氣的質量、壓力、流量有較大的差異，其中，噴氣織機的用氣壓力低，但是用氣量大[4]。

對某紡織廠空氣壓縮站進行實地檢測，發現該廠有Atlas Copco公司的空氣壓縮機共11臺，其中離心式5臺，螺桿式6臺。在日常生產過程中，開啟5臺離心式空氣壓縮機與1臺螺桿式空氣壓縮機用于低壓系統的供氣，其中，離心式空氣壓縮機定頻運轉，產氣量大；螺桿式空氣壓縮機變頻運轉，采用連續不斷的加卸載過程以適應系統的壓力波動[5]。

該空氣壓縮站同時向3個分廠提供壓縮空氣，低壓系統的各分廠用氣情況見表1。經檢測發現一、二分廠織布車間中織機臺數相近，但用氣量相差140.1 m3/min，除了生產用氣以外，這部分氣耗可能以泄漏為主。因此，降低噴氣織機能耗主要從查找壓縮空氣泄漏入手，并采取修復措施，以達到降耗要求。

表1 低壓系統的各分廠用氣情況

1.2 噴氣織機型號及分布

對二分廠織布車間進行實地檢測，發現有7種型號噴氣織機，共446臺，其中有日本津田駒公司生產的ZA和ZAX系列、比利時必佳樂公司生產的OMNIPLUS-800系列的噴氣織機。由于廠房搬遷以及進口設備等原因，各型號織機的出廠和啟用日期各不相同，機器老化程度不一，造成壓縮空氣的泄漏情況差別較大，因此在進行泄漏檢測時，針對每種型號噴氣織機應區別對待。該車間噴氣織機型號見表2。

2 噴氣織機壓縮空氣泄漏檢測

2.1 檢測設備及方法

選用北京愛社(ECOSO)科技發展有限公司的SALT系列智能氣體泄漏檢測儀和ALS系列超聲波掃描槍對壓縮空氣泄漏進行定量、定位檢測[6]。

表2 噴氣織機型號

2.1.1 定量檢測

泄漏檢測儀通過壓力傳感器測量氣體泄漏所導致的設備內部的壓力下降，對泄漏量進行計算并輸出結果[7]。

檢測的一般步驟為：

①關閉球閥，將泄漏檢測儀用PU管接入到噴氣織機供氣管路的閑置接口。

②打開球閥開啟泄漏檢測儀，穩定一段時間，觀察壓力，此時壓力即為當前管路壓力。

③關閉固定主、輔噴嘴閥門及球閥，待壓力均勻下降時按“開始”鍵開始測量，對泄漏量進行記錄。

2.1.2 定位檢測

壓縮空氣管路發生泄漏時，管材與漏點之間的聲學性能差異使超聲波信號發生變化，掃描槍通過分析超聲波在被檢測工件上傳播特性來評估泄漏[8]。

檢測的一般步驟為:

①將噴氣織機引緯機構區域進行細化，從供氣端逐步向使用端逐一進行檢測。

②觀察光柱顯示節數，節數越多的方向即為存在泄漏的方向。

③通過調節感知度旋鈕，使泄漏方向的各點信號強度能明顯地區別開來，從而判斷泄漏點的準確位置，對漏點進行標注。

2.2 檢測結果

通過對該紡織廠織布車間的壓縮空氣泄漏的測試，發現噴氣織機內壓縮空氣泄漏情況頗為嚴重。ZAX-9100型、ZAX-9200型和OMNIPLUS-800型織機單臺泄漏量少，但是臺數多累計泄漏量大；而ZA205i型、ZAX-N型、ZAX-e型和ZAX-GS型織機臺數少，但是大部分織機泄漏量大于0.5 m3/min。對泄漏量大于0.5 m3/min的織機取0.5 m3/min作為估計值，經計算，該廠織布車間內的壓縮空氣泄漏總量為161.512 m3/min，各型號織機壓縮空氣泄漏情況測試結果見表3。

表3 各型號織機壓縮空氣泄漏情況

對泄漏進行定位檢測，發現由于織機型號、啟用日期以及老化程度各不相同，泄漏點分布情況相差較大，對各織機漏點分布情況進行統計，結果見表4。投產不超過5年的ZAX-9100型、ZAX-9200型、ZAX-GS型織機經檢測發現漏點較少，而使用年限較長，織機老化程度高的ZAX-N型、ZAX-e型、ZA205i型織機，泄漏點多且主要集中在調壓箱閥門、接口和油過濾器，具體分布情況如圖1所示。通過對其泄漏原因進行分析，可以得出：泄漏主要來源于管路輸送和連接部件，是由于設備在使用過程中零部件老化和破損而沒有及時修復更換引起的。

表4 各型號織機泄漏點匯總

圖1 各型號織機漏點分布情況

在本文泄漏檢測過程中，通過排查發現，由于噴嘴閥門無法關閉、閑置接口無法使用和機器損壞等情況，導致部分織機無法檢測，則計算時取同種型號織機的檢測數據作為估計值。無法檢測原因見表5。

表5 無法檢測的織機原因

3 能耗分析

3.1 比功率

比功率是評價空氣壓縮機性能的一個重要指標，表示單位產氣量所消耗的電能，比功率越小，說明空氣壓縮機能量利用的效率越高，單位功耗越低[9]，計算公式如下:

(1)

式中:ζ為比功率,kW/(m3·min-1)；N為空氣壓縮機輸入功率，kW；Qa為空氣壓縮機實際容積流量，m3/min。

參照GB 19153—2009《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》，在計算空氣壓縮機比功率時，實際容積流量指經空氣壓縮機壓縮并排出的氣體在標準排氣位置的容積流量，且該流量應換算到標準吸氣位置的空氣狀態；空氣壓縮機輸入功率指在額定供電情況下總的輸入功率。

3.2 能耗計算

針對該紡織廠的具體情況，織布車間所用壓縮空氣屬于低壓系統，其中螺桿式空氣壓縮機僅用于適應負荷變化，壓縮空氣主要由離心式空氣壓縮機生產，因此在進行能耗分析時選擇離心式空氣壓縮機進行計算。

對空氣壓縮機實際容積流量進行檢測，由于空氣壓縮機出口管道沒有預置流量計，利用葉輪風速儀對空氣壓縮機進口處流速進行檢測，檢測點分布見圖2。經多次測量求平均值得到空氣壓縮機進口處空氣流速為15.93 m/s，進口處截面積為0.275 m2，以此可以算出工作狀態下的容積流量：

Qa=Sv=4.38 m3/s=262.85 m3/min

(2)

式中：S為空氣壓縮機進口管道面積，m2；v為空氣壓縮機進口處空氣流速，m/s。

圖2 空氣壓縮機進口處檢測點分布

對空氣壓縮機輸入功率進行檢測，利用萬用表測得空氣壓縮機實際運行時的電壓為10 kV，電流為90.3 A，以此可以算出工作狀態下的輸入功率：

(3)

式中：U為空氣壓縮機實際運行時電壓，V；I為空氣壓縮機實際運行時電流，A；cosφ為功率因數，取0.8。

從而利用式(1)可計算出空氣壓縮機的比功率：

ζ=N/Qa=1 251.2/262.85=4.76 kW/(m3·min-1)

經檢測，該廠織布車間內的壓縮空氣泄漏總量為161.5 m3/min，按年運行350天計算，每年因泄漏造成的空氣壓縮機額外耗電量為161.5×4.76×24×350=645.7萬kW·h，按電費0.7元/(kW·h)計算，每年造成的經濟損失高達645.7×0.7=452萬元。然而除了空氣壓縮機電費，壓縮空氣的生產成本還包括氣源設備折舊費、保養費及潤滑油等費用，實際每年因壓縮空氣泄漏而造成的經濟損失應大于計算值[10]。

4 泄漏修復

4.1 修復方案

在紡織企業壓縮空氣系統中，由于空氣泄漏原因復雜多樣，因此泄漏往往難以避免，但是通過有效的修復措施可以將泄漏量降低到由環保、安全、經濟性要求所決定的最大允許泄漏率以下，從而減少壓縮空氣浪費，提高能源利用效率[11]。本文修復工作針對不同的泄漏原因采用了不同的堵漏方法，具體方法見表6。

表6 噴氣織機壓縮空氣堵漏方法

對于壓縮空氣使用量大的企業，應該設立定期化、常態化的檢漏、堵漏工作組；對于老化明顯且壓縮空氣用量大的設備，企業應以換代修，最大可能地減少壓縮空氣泄漏，消除壓縮空氣浪費現象。

4.2 修復效果

在完成部分織機的修復工作后，對織機進行泄漏情況的復檢，通過分析發現：壓縮空氣泄漏量出現明顯減小，同時設備供氣壓力也有不同程度的提升。

由于操作水平、現場條件等因素限制，堵漏完成后仍不能做到消除泄漏，但該企業漏氣量出現大幅下降，經過估算，在完成全部噴氣織機的堵漏后，該廠織布車間內的壓縮空氣泄漏總量減少48.29 m3/min，堵漏量占到了該廠總供氣量的11.3%，每年僅空氣壓縮機的耗電量可節約48.29×4.76×24×350=193.08萬kW·h，每年可節約電費193.08×0.7=135.2萬元。

由此可見，堵漏所帶來的經濟效益非常明顯。以上還沒有包括更換老舊設備所減少的漏氣量，因此實際堵漏效果會更顯著。

5 結 論

通過本文對某紡織廠織布車間內壓縮空氣的泄漏評估，發現：

①壓縮空氣泄漏情況廣泛存在于紡織企業，在針對織布車間的檢漏過程中，由于在強噪聲環境下壓縮空氣泄漏難以被察覺，因此選擇合適的檢漏方法對泄漏進行定量、定位分析至關重要。

②通過對該紡織廠二分廠的檢測，發現噴氣織機壓縮空氣泄漏量巨大，泄漏總量高達161.5 m3/min，老舊機型的泄漏點較多，主要集中在調壓箱閥門、油過濾器、進氣閥及接管和織機內部接口及接管，造成這一情況的主要原因是噴氣織機使用年限長，機器明顯老化以及管理維護不及時。

③分析因泄漏造成的能耗損失，對空氣壓縮機組產氣量和用電功率進行檢測得到比功率，計算得出每年能耗損失為645.7萬kW·h，經濟損失高達452萬元。

④針對不同的泄漏原因應采用不同的堵漏方法，經過估算，堵漏之后每年可節約能耗 193.08萬kW·h，節約電費135.2萬元。