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压缩空气流量测量与节能监测技术
点击次数:559 发布时间:2016-02-19

  压缩空气是工业企业重要的二次能源,主要由电能经空气压缩机转换而来,是工业企业的主要能源消耗设备之一,也是工业企业应用较多的通用机械设备。因此,依据《空气压缩机组及供气系统节能监测方法》(GB/T16665-1996)进行节能监测,是降低空气压缩机电耗,提高过空气压缩机能效水平的重要手段。该标准监测测试项目共有4项:①、压缩机排气温度,②、压缩机冷却水进水温度,③、压缩机冷却水进出水温差,④、空气压缩机组用电单耗。前3项的测试可以使用测温仪表直接测试,第4项空气压缩机组用电单耗的测试中,空气压缩机进气端气量在实际工作时,往往因为现场没有配置流量计或流量计数据可疑等使节能监测人员不易解决,难度大,本文就空气压缩机流量测试与节能监测技术进行分析探讨。
一、几种主要的流量测试方法
空气压缩机排气量测试主要有两种方式,即直接测量法和间接测量法。直接测量法如流量计法,主要指利用设置在空气压缩机出气管线的流量计、压力变送器、温度变送器等测量工况下的压缩机排气量,如孔板流量计、涡街流量计等;间接测量法如储气罐法、中间冷却器法等。
1.流量计法
对压缩空气流量计量方法来说,zui简单的方法就是在空气压缩机进口处安装孔板流量计、涡街流量计等性能可靠的流量计,实时、连续地测定瞬时流速和累积流量,这种方法主要应注意的是流量计的技术参数选取和正确安装,如管径、流量范围、流量计上游和下游直管段长度等,这些参数如果选择正确,可以得到正确的流量值。这时,可以按下式计算空气压缩机进气端气量:

式中:Gx——空气压缩机进气端气量,m3;Gp——空气压缩机排气端气量,流量计计量数据,m3;Tx—压缩机吸气温度,K;Tp——压缩机排气温度,K;Px——压缩机吸气压力(大气压力),Mpa;Pp——压缩机排气压力,Mpa。
2.储气罐法
当空气压缩机没有安装流量计或流量计的计量数据可疑时,可以采用此方法,其原理是把从空气压缩机的排气口开始,经过后冷却器、到储气罐,直至关闭的储气罐排气阀的储气空间作为一个密闭容器,首先把储气罐排空,关闭出口,然后把空压机启动,从加载开始计时测定该空间从特定的压力P1上升到又一特定的压力P2卸载止,所需要的时间t,然后通过测试的这些参数和流进储气罐的压缩空气量来计算空气压缩机的排气量,具体步骤是:
(1)测试前先使空气压缩机停止运转,关闭与管网相通的阀门。检查从空气压缩机至储气罐的全部接头处与压盖是否漏气,消除漏泄点,将贮气罐内空气排尽。
(2)开动空气压缩机。
(3)当储气罐内压力达到P1(一般表压为0.2Mpa)时,秒表开始计时并记录温度仪表、压力表读数。
(4)当储气罐内压力达到储气罐额定表压力P2时,立即停止秒表和空气压缩机,记录压力由P1升至P2的时间t、压力P1、P2、T1、T2。
(5)空气压缩机排气量按下式计算:


式中:V—储气罐及储气罐总排气阀到空气压缩机末级排气阀的管道系统容积的总和,m3
t—储气罐压力由P1上升到P2所需要的时间,s
γ—吸入状态下空气的密度(kg/m3)
P1,P2—储气罐充气前后储气罐中之压力,Mpa
T1,T2—储气罐测试前后储气罐中空气之温度,K
3.热交换法
当空气压缩机没有安装流量计时,也可以采用此法,其原理是应用能量守恒定律,以热交换器中两种工质温度参数变化进行测试的方法,由于其现场测试条件要求较低,安全性较好,测试简便可行,多年来,使用此种测试方法较多,它是把中间冷却器视作流量计使用,测定中间冷却器的供水量Q,冷却器进、出水温度tx1、tx2,进出空气温度ts1、ts2,然后,通过测试的这些参数按下式计算空气压缩机进气端气量:

式中:
Q——中间冷却器的供水量,m3/h;tx1、tx2——中间冷却器进、出水温度,℃;tb1:一级排气温度;ts2:二级吸气温度,℃;ps1——吸气压力,Mpa;Ts1:一级吸气温度,K
当中间冷却器无疏水排出时,式中X1=X2,则上式简化为:

二、储气罐法和热交换法比较
储气罐法具有一定的危险性,要求有经验丰富的测试人员现场测试,在用储气罐法测试排气量之前,应充分检查调压器、安全阀的动作,确认安全、可靠后才能进行,储气罐上的安全阀应该能保证在规定的开启压力下把空气压缩机的排气量排尽,并且在测试过程中可能影响到企业生产的正常供气。
储气罐出口总闸阀和排污阀应无内漏,整个测试系统无外漏;测试现场负责人应对测试系统熟悉,并且事先制定和向测试人员交待好安全与应变措施测试时,空气压缩机组应满负荷稳定运行至少半小时,然后,关闭储气罐出口总闸阀,接着测试系统内气压上升到P2时,立即按下秒表,记下时间t,并使空压机空负荷运行,这一连串的测试与操作要在几秒内完成,测试与操作人员需要配合默契,
否则测试失败。
若整个空气压缩机组在运行,那么在关闭储气罐出口总闸阀后,应使测试机组空负荷运行,这时可用储气罐的排污阀排尽罐内压力,然后再使该机满负荷运行,进行正式测试。在计算全部充气容积时,应充分估计到贮气罐内与排气管壁的积垢状况,力求充气容积准确。储气罐法在测试中往往避免不了一些人为误差,如所熟练、熟悉程度,需要的压力表、温度仪表、秒表准确度,不易正确测得的温度值等影响了计算结果的正确性,双储气罐和多台空压机测试时更为复杂等。热交换法与储气罐法相比,从现场的组织管理和测试要简单的多,只要求被测机组能正常满负荷运行,一般不影响企业生产的正常供气,测试周期也可以灵活确定为30min或60min,测试时无任何危险,仅要求中间冷却器水管无泄漏,为了进一步简化测试计算,可以选择大气相对湿度小的时候进行测试,此时,可以忽略空气进入中间冷却器的含湿量X1和空气排出中间冷却器的含湿量X2,从而使得计算简化。
三、流量测试结果的修正及空气压缩机组用电单耗计算根据国家标准《容积式压缩机验收试验》GB3853-1998,压缩机在排气量测定过程中,有冷却水排出时,必须对所计算的排气量进行修正,此修正值一般小于总排气量的1%,其计算公式如下:

式中:
Q1——计入冷凝水的压缩机容积流量,m3/min;Ws——压缩机排气口到储气罐出口总闸阀之间收集到的单位时间内的冷凝水质量,kg/min;Ps——大气压力下的饱和水蒸气压力,Mpa;P0——空压机的一级吸气压力;ρs大气温度下的饱和水蒸气密度,kg/m3。
应用热交换法测试的结果,一般不需要再修正,只有当空气的相对湿度较大时,可以应用温湿度计测试空气的相对湿度φ、一级吸气压力Ps1、二级吸气压力Ps2,查出一级吸气温度对应的饱和水汽压PH1和二级吸气温度对应的饱和水汽压PH2,然后按下式求出X1与X2:

通过上述测试和计算方法得出空气压缩机进气端气量,同时使用电能表测试出空气压缩机组在测试期输入电能W,按下式计算空气压缩机组用电单耗,并根据标准规定的合格指标进行判断节能监测空气压缩机组及供气系统是否合格。

式中:
D—空气压缩机用电单耗,kW.h/m3;W—空气压缩机组输入电能,kW.h;Gx—空气压缩机进气端气量,m3;K1—冷却水修正系数,水冷K1=1.00,风冷K1=0.88;K2—压力修正系数。
通过我们在实际工作中的应用,流量计直接测量法简单易行,但往往现场没有配置;储气罐法比较适合容积流量较小的螺杆式空气压缩机组,中间冷却器法在实际节能监测中应用较多,能较好地解决空气压缩机进气端气量这一难题。

 

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