纺织厂织布车间压缩空气的泄漏评估

2019-09-23颜苏芊邓小宏

毛纺科技 2019年8期

苗苗，颜苏芊，秦莉，邓小宏

(1.西安工程大学城市规划与市政工程学院，陕西西安 710048； 2.西安恒信通节能技术有限公司，陕西西安 710048； 3.咸阳纺织集团有限公司，陕西咸阳 712000)

压缩空气作为目前工业领域中最为广泛应用的动力源之一，具有安全、无公害、调节性能好、输送方便等诸多优点，同时压缩空气也是最为昂贵的能源之一，其能耗在大多数工厂中约占全部能耗的30%～40%[1]。泄漏是纺织厂压缩空气系统中一个常见的浪费现象，泄漏量常占到系统产气量的 20%～40%，管理不善的工厂甚至高达50%[2]。因此，正确评估纺织企业压缩空气系统的泄漏情况对于企业认识泄漏具有重要的意义。

通过对某纺织厂空气压缩系统的检测，发现该厂的2个织布车间内织机台数相近，但用气量相差较大，可见其中一个织布车间泄漏情况十分严重。本文结合对泄漏的定量、定位检测，对压缩空气在该用气量多的织布车间内泄漏情况作出准确评估，并通过空气压缩机的比功率计算泄漏所造成的能耗及经济损失，最后针对不同的泄漏原因提出了不同的堵漏方法，估算修复泄漏可带来的经济效益。

1 概述

1.1 空气压缩系统

纺织厂使用的压缩空气分为纺部用气和织部用气，其中纺部用气主要用于自动加压和实现自动化生产，例如细纱气动加压、自动落纱、络筒自动接头等；织部用气主要作为动力使用，完成喷气织机的引纬和折边功能[3]。纺织各部位用气特点不同，对压缩空气的质量、压力、流量有较大的差异，其中，喷气织机的用气压力低，但是用气量大[4]。

对某纺织厂空气压缩站进行实地检测，发现该厂有Atlas Copco公司的空气压缩机共11台，其中离心式5台，螺杆式6台。在日常生产过程中，开启5台离心式空气压缩机与1台螺杆式空气压缩机用于低压系统的供气，其中，离心式空气压缩机定频运转，产气量大；螺杆式空气压缩机变频运转，采用连续不断的加卸载过程以适应系统的压力波动[5]。

该空气压缩站同时向3个分厂提供压缩空气，低压系统的各分厂用气情况见表1。经检测发现一、二分厂织布车间中织机台数相近，但用气量相差140.1 m3/min，除了生产用气以外，这部分气耗可能以泄漏为主。因此，降低喷气织机能耗主要从查找压缩空气泄漏入手，并采取修复措施，以达到降耗要求。

表1 低压系统的各分厂用气情况

1.2 喷气织机型号及分布

对二分厂织布车间进行实地检测，发现有7种型号喷气织机，共446台，其中有日本津田驹公司生产的ZA和ZAX系列、比利时必佳乐公司生产的OMNIPLUS-800系列的喷气织机。由于厂房搬迁以及进口设备等原因，各型号织机的出厂和启用日期各不相同，机器老化程度不一，造成压缩空气的泄漏情况差别较大，因此在进行泄漏检测时，针对每种型号喷气织机应区别对待。该车间喷气织机型号见表2。

2 喷气织机压缩空气泄漏检测

2.1 检测设备及方法

选用北京爱社(ECOSO)科技发展有限公司的SALT系列智能气体泄漏检测仪和ALS系列超声波扫描枪对压缩空气泄漏进行定量、定位检测[6]。

表2 喷气织机型号

2.1.1 定量检测

泄漏检测仪通过压力传感器测量气体泄漏所导致的设备内部的压力下降，对泄漏量进行计算并输出结果[7]。

检测的一般步骤为：

①关闭球阀，将泄漏检测仪用PU管接入到喷气织机供气管路的闲置接口。

②打开球阀开启泄漏检测仪，稳定一段时间，观察压力，此时压力即为当前管路压力。

③关闭固定主、辅喷嘴阀门及球阀，待压力均匀下降时按“开始”键开始测量，对泄漏量进行记录。

2.1.2 定位检测

压缩空气管路发生泄漏时，管材与漏点之间的声学性能差异使超声波信号发生变化，扫描枪通过分析超声波在被检测工件上传播特性来评估泄漏[8]。

检测的一般步骤为:

①将喷气织机引纬机构区域进行细化，从供气端逐步向使用端逐一进行检测。

②观察光柱显示节数，节数越多的方向即为存在泄漏的方向。

③通过调节感知度旋钮，使泄漏方向的各点信号强度能明显地区别开来，从而判断泄漏点的准确位置，对漏点进行标注。

2.2 检测结果

通过对该纺织厂织布车间的压缩空气泄漏的测试，发现喷气织机内压缩空气泄漏情况颇为严重。ZAX-9100型、ZAX-9200型和OMNIPLUS-800型织机单台泄漏量少，但是台数多累计泄漏量大；而ZA205i型、ZAX-N型、ZAX-e型和ZAX-GS型织机台数少，但是大部分织机泄漏量大于0.5 m3/min。对泄漏量大于0.5 m3/min的织机取0.5 m3/min作为估计值，经计算，该厂织布车间内的压缩空气泄漏总量为161.512 m3/min，各型号织机压缩空气泄漏情况测试结果见表3。

表3 各型号织机压缩空气泄漏情况

对泄漏进行定位检测，发现由于织机型号、启用日期以及老化程度各不相同，泄漏点分布情况相差较大，对各织机漏点分布情况进行统计，结果见表4。投产不超过5年的ZAX-9100型、ZAX-9200型、ZAX-GS型织机经检测发现漏点较少，而使用年限较长，织机老化程度高的ZAX-N型、ZAX-e型、ZA205i型织机，泄漏点多且主要集中在调压箱阀门、接口和油过滤器，具体分布情况如图1所示。通过对其泄漏原因进行分析，可以得出：泄漏主要来源于管路输送和连接部件，是由于设备在使用过程中零部件老化和破损而没有及时修复更换引起的。

表4 各型号织机泄漏点汇总

图1 各型号织机漏点分布情况

在本文泄漏检测过程中，通过排查发现，由于喷嘴阀门无法关闭、闲置接口无法使用和机器损坏等情况，导致部分织机无法检测，则计算时取同种型号织机的检测数据作为估计值。无法检测原因见表5。

表5 无法检测的织机原因

3 能耗分析

3.1 比功率

比功率是评价空气压缩机性能的一个重要指标，表示单位产气量所消耗的电能，比功率越小，说明空气压缩机能量利用的效率越高，单位功耗越低[9]，计算公式如下:

(1)

式中:ζ为比功率,kW/(m3·min-1)；N为空气压缩机输入功率，kW；Qa为空气压缩机实际容积流量，m3/min。

参照GB 19153—2009《容积式空气压缩机能效限定值及能效等级》，在计算空气压缩机比功率时，实际容积流量指经空气压缩机压缩并排出的气体在标准排气位置的容积流量，且该流量应换算到标准吸气位置的空气状态；空气压缩机输入功率指在额定供电情况下总的输入功率。

3.2 能耗计算

针对该纺织厂的具体情况，织布车间所用压缩空气属于低压系统，其中螺杆式空气压缩机仅用于适应负荷变化，压缩空气主要由离心式空气压缩机生产，因此在进行能耗分析时选择离心式空气压缩机进行计算。

对空气压缩机实际容积流量进行检测，由于空气压缩机出口管道没有预置流量计，利用叶轮风速仪对空气压缩机进口处流速进行检测，检测点分布见图2。经多次测量求平均值得到空气压缩机进口处空气流速为15.93 m/s，进口处截面积为0.275 m2，以此可以算出工作状态下的容积流量：

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

(2)

式中：S为空气压缩机进口管道面积，m2；v为空气压缩机进口处空气流速，m/s。

图2 空气压缩机进口处检测点分布

对空气压缩机输入功率进行检测，利用万用表测得空气压缩机实际运行时的电压为10 kV，电流为90.3 A，以此可以算出工作状态下的输入功率：

(3)

式中：U为空气压缩机实际运行时电压，V；I为空气压缩机实际运行时电流，A；cosφ为功率因数，取0.8。

从而利用式(1)可计算出空气压缩机的比功率：

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

经检测，该厂织布车间内的压缩空气泄漏总量为161.5 m3/min，按年运行350天计算，每年因泄漏造成的空气压缩机额外耗电量为161.5×4.76×24×350=645.7万kW·h，按电费0.7元/(kW·h)计算，每年造成的经济损失高达645.7×0.7=452万元。然而除了空气压缩机电费，压缩空气的生产成本还包括气源设备折旧费、保养费及润滑油等费用，实际每年因压缩空气泄漏而造成的经济损失应大于计算值[10]。

4 泄漏修复

4.1 修复方案

在纺织企业压缩空气系统中，由于空气泄漏原因复杂多样，因此泄漏往往难以避免，但是通过有效的修复措施可以将泄漏量降低到由环保、安全、经济性要求所决定的最大允许泄漏率以下，从而减少压缩空气浪费，提高能源利用效率[11]。本文修复工作针对不同的泄漏原因采用了不同的堵漏方法，具体方法见表6。

表6 喷气织机压缩空气堵漏方法

对于压缩空气使用量大的企业，应该设立定期化、常态化的检漏、堵漏工作组；对于老化明显且压缩空气用量大的设备，企业应以换代修，最大可能地减少压缩空气泄漏，消除压缩空气浪费现象。

4.2 修复效果

在完成部分织机的修复工作后，对织机进行泄漏情况的复检，通过分析发现：压缩空气泄漏量出现明显减小，同时设备供气压力也有不同程度的提升。

由于操作水平、现场条件等因素限制，堵漏完成后仍不能做到消除泄漏，但该企业漏气量出现大幅下降，经过估算，在完成全部喷气织机的堵漏后，该厂织布车间内的压缩空气泄漏总量减少48.29 m3/min，堵漏量占到了该厂总供气量的11.3%，每年仅空气压缩机的耗电量可节约48.29×4.76×24×350=193.08万kW·h，每年可节约电费193.08×0.7=135.2万元。

由此可见，堵漏所带来的经济效益非常明显。以上还没有包括更换老旧设备所减少的漏气量，因此实际堵漏效果会更显著。