压缩空气系统的供需匹配

压缩空气是支持制造业的一种能源。在工厂生产产品和提供服务时，它也是一个成本非常高的组成部分。因此，提高现有系统的效率提供了一个巨大的节省机会。为了实现这一潜力，必须了解系统动力学，并且压缩机的供应必须始终与实际系统需求相匹配。

生产过程从管道分配系统中储存的压力较高的空气中获取能量。空压机只是补充消耗的空气。这是一个重要的区别。压缩空气的能量输入到连接管道，然后输送到整个设施的各种需求。从系统中提取的用于执行所需任务的能量实际上来自已经储存在管道中的空气。工厂空气系统的低效率既受到空气如何从系统中流出的影响，也受到空气如何在压缩机室中产生的影响。在最优水平上匹配供应和需求需要同时解决生成和存储问题。

每个空气系统在空气压缩机进入系统的供应和使用空气的下游需求之间达到平衡。压缩空气输入的能量等于所消耗的能量加上系统固有的低效。任何更多或更少的能量进入或从存储器中释放出来。每当方程的任意一边发生变化时，系统就会在一个新的点重新平衡。图1表示了这种关系。

采取主动、积极的措施来控制平衡点，确保系统始终在其最佳能量水平运行。有两种主要的能量来源来实现这一目标。

1.在一定体积的容器中以较高的压力储存的空气。

2.空压机电机空载运转时，预留旋转能量。

空气储存:容量本身并不等于存储容量。为了补充或释放储存空气的能量，固定体积必须实现压力的变化。例如，在压缩机室安装一个大接收器。除非在罐的进口和出口之间有压差，否则不会有空气流动。它只会创造一个安静的区域。当增加容积增加整个工厂空气系统的能量水平时，用于控制能量平衡的可用存储能量为零。要创建可用的存储需要改变接收器的压力。关系表示为:

Vs = Vf x∆P/Pa

其中Vs =存储体积(立方英尺)

∆P =压力变化量(psi)

大气压力(psia)

Vf =固定体积(立方英尺)

下面的例子说明了正确应用存储时容积/压力关系的重要性。假设压缩机以满负荷运转，需要额外250标准立方英尺(scf)的空气来满足压缩机网络的自动化顺序而不影响生产。

如果允许系统压力在事件期间降低15 psi，则接收器大小为:

Vf = (Vs x Pa/∆P) x 7.481 US gal/cf

Vf = (250 x 14.5/15) x 7.481 = 1870加仑。

如果系统压力只允许降低5 psi，则所需的接收器为:

Vf = (250 x 14.5/5)x 7.481 = 5000加仑。

正确应用存储的三个步骤是:

1. 确定在短时高峰事件期间维持系统所需的空气体积。例如，当备用压缩机启动并开始输送空气时，一个典型的系统需要20-30秒的补充流量。在前面的例子中，250 scf代表额定500 scfm的压缩机中30秒的流量。一个简单的方法可能是基于网络中最大的trim压缩机的空气存储需求，这通常是最坏的情况，通常足以覆盖所有其他高需求事件。但是，对于更大更复杂的系统，或者具有重大高流量事件的系统，使用这种简化方法仔细估计存储，因为结果可能导致不恰当地调整接收方的大小。对于具有600hp以上运行空气压缩机的系统来说，基于测量数据的工程存储通常是一项有价值的投资。
2. 确定系统可以降低到的最小可接受压力，而不会造成工作危险或严重的生产中断。最小可接受压力是指输送空气可以降至的最低压力，加上一些安全裕度，以解决系统中的压力梯度。压缩机通常设置为运行在这一水平以上，以确保储存足够数量的空气，能够度过最坏的情况，而不会造成工作干扰。因此，给定系统在输入此事件时，存储压力的最大允许变化将介于最低压缩机供应压力和略微调整的最小可接受输送空气压力之间。
3. 根据步骤1和步骤2中确定的体积和压力数字来确定接收器的容量大小。从存储计算中减去任何现有压缩机房间接收器的容量，以确定一个(多个)额外接收器的容量。加装到最近的储罐尺寸。如果新的接收器体积太大，可以使用多个较小的接收器。接收器也可以安装在主气流路径的侧流(T形)布置中。

压力/流量控制:压缩机的开启和关闭所产生的压力波动，以及整个工厂空气系统的短时间喘振需求的影响，迫使系统不断寻求一个平衡点。适当大小的空气储存接收器的增加减缓了系统压力变化的幅度和速率，但它本身并不消除它。系统压力仍然必须提高到足够高的水平，以弥补周期性的影响。为了稳定输送的空气压力，必须控制从接收器中释放的空气。

压力/流量控制器安装在适当大小的空气储存容器的下游和离开压缩机室的主管道集管的上游，就是为此设计的。它感知其出口的压力，并相应地调节流量控制阀，以控制从接收器流出的空气流量，以保持压力恒定。如果流出的空气多于流入的，空气就会膨胀，压力就会降低。压力/流量控制器打开足够，从存储释放空气，将压力带回设置点。相反，如果流入的空气多于流出的空气，则压力增加，压力/流量控制器关闭，将空气留在接收器内，以纠正偏移。压力/流量控制器将供气侧与需求侧动态隔离开来，通常可以将输送的空气压力稳定在+/- 1psi或以下。图2描绘了一个典型的带有存储和压力/流量控制器的压缩机房间布置。

稳定主配电集箱的压力，无需通过提高整个系统压力来补偿波动的空气压力。从压力/流量控制器输出的空气压力被设置为更接近可接受的最小值。系统中的泄漏和不受调节的需求在较低压力下供应时消耗较少的空气。图3是基于供应压力和节流孔尺寸的空气流量表。将使用点和泄漏视为等同于孔口，可以量化节约的机会。

旋转马力储备:空压机电机在运行但未满载时可提供大量的储备能量。结合压力/流量控制器和空气储存接收器，这种储备能量可以以一种积极的方式应用，以保持最佳平衡点。随着接收器压力的变化，微调压缩机相应的负载和卸载。对于配备了网络控制系统的系统，仪器的变化允许一个信号被发送到自动序列的压manbetx客户端12-5下载缩机的操作在网络。图4说明了这个概念。

运行一个部分负载的固定速度压缩机是低效的，可能是昂贵的。因此，存储的大小通常允许不必要的压缩机超时和关闭。理想情况下，所有运行的压缩机在满负荷运行，在任何给定的时间只有一个压缩机微调。必须应用大量的空气储存来覆盖任何峰值，这样关闭的压缩机就不必重新启动。

变速驱动压缩机(VSD)的进步为节省能源和进一步提高系统的整体性能提供了更大的机会。与固定速度的压缩机不同，VSD压缩机的部分负载操作没有惩罚。马力与压缩机的全容量范围内的需求平衡。VSD压缩机可以超大尺寸，在不增加运行成本的情况下提供额外的储备能量。

与VSD压缩机一起应用的压力/流量控制器提供了额外的节省机会和更大的稳定性。如果没有补充存储，VSD压缩机往往会变得被动，最终不断追逐动态需求，对压缩机电机造成压力。压力/流量控制器消除了振荡，允许VSD以最大效率运行。可额外节省7-10%。图5描绘了安装压力/流量控制器前后VSD压缩机的剖面。

图5:VSD压缩机安装压力剖面

消除浪费和低效率使用空气:在控制供给和需求的情况下，任何减少空气消耗的措施都将积极地转化回压缩机，并减少输入能量。修复泄漏，调整使用要点，以及应用高效吹气装置是一些成本有效的措施。在降低交付压力和主动控制压缩机的基础上，额外节省20-30%的成本是很常见的。