壓縮空氣系統(tǒng)泄漏的檢測與評估
發(fā)布日期：2016-03-04 來源：作者:潘志 上海英格索蘭壓縮機(jī)有限公司
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壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中最為廣泛應(yīng)用的動力源之一，由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點，使其在自動化領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣。壓縮空氣又是一種昂貴的能源動力源，持續(xù)降低壓縮空氣整體的運營費用，是每一個工廠管理者的重要課題。
壓縮空氣泄漏幾乎是工廠里最常見的一種能源浪費。平均壓縮空氣的泄漏量占整個壓縮空氣量的30%，這意味著每年數(shù)以萬計的電費支出是被泄漏掉了。有些泄漏是非常明顯的，它不但發(fā)出很大的噪聲，甚至可以通過觸覺和視覺發(fā)現(xiàn)泄漏的發(fā)生。而有些泄漏又非常隱蔽，除了微小的不容易聽到聲響之外，“隱蔽”的泄漏往往發(fā)生在工作場所背景噪聲較大的環(huán)境中。以上所有的泄漏，組成了整個系統(tǒng)中的泄漏源。泄漏通常發(fā)生在管道接頭、快插接頭、壓力調(diào)節(jié)器（FRL）、經(jīng)常打開的冷凝水排放閥、破損的軟管以及破裂的管道。
泄漏是空氣系統(tǒng)中一個常見的現(xiàn)象，一個正常運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，難以避免會有泄漏的發(fā)生。根據(jù)美國能源部（DOE）相關(guān)調(diào)查結(jié)果和筆者長年經(jīng)驗總結(jié)，每一個系統(tǒng)都有泄漏現(xiàn)象存在，近60%的工廠對于空氣系統(tǒng)中的泄漏未采取任何措施。
工廠里的泄漏無所不在，如果一個工廠希望徹底消除泄漏幾乎不可能，我們能夠做到的就是將壓縮空氣的泄漏控制在一個合理的范圍內(nèi)。這個“合理”的范圍和工廠的規(guī)模與新舊有很大的關(guān)系：
1、對于新建系統(tǒng)（少于1年）或小型工廠，泄漏率控制在5%～7%。
2、對于2～5年的系統(tǒng)或中型工廠，泄漏率在7%～10%。
3、對于超過10年的系統(tǒng)或大型工廠，泄漏率在10%～12%。
泄漏不僅僅直接導(dǎo)致能源的浪費，它也在間接導(dǎo)致著能源浪費。當(dāng)泄漏現(xiàn)象加劇時，整個壓縮空氣系統(tǒng)的壓力會下降，如果希望保持空氣系統(tǒng)的壓力，就必須要開起額外的壓縮機(jī)，這也會使整個工廠的用電成本進(jìn)一步抬升。在有些工廠，有大量的間歇性排放裝置，如電子排污閥，這些閥門基本以固定時間間隔排放冷凝水或其他廢液，而排放時間內(nèi)當(dāng)廢液已經(jīng)排放干凈之后，大量的壓縮空氣就會離開壓縮空氣系統(tǒng)。在某個時間，可能會存在多個排放閥同時排氣的情況，這時整個系統(tǒng)的壓力會突然下跌，甚至超過系統(tǒng)能接受的最低壓力而造成整個系統(tǒng)的停產(chǎn)。這是一種典型的運行事故。
一、評估泄漏與檢測
由于壓縮空氣是由空氣壓縮機(jī)做功而制造出來，空氣壓縮機(jī)又由電動機(jī)拖動，所以空氣的泄漏就間接意味著電能的浪費。定量壓縮空氣泄漏是一件比較復(fù)雜的工作，在不同空氣壓力下，不同大小的泄漏點和泄漏空氣量關(guān)系見下表。
在實踐中，有三種方法常被用來定量評估壓縮空氣的泄漏量。
1、儲氣容積測定法
假設(shè)一個空氣系統(tǒng)是密閉的，只有泄漏作為壓縮空氣離開空氣系統(tǒng)的唯一方式，對于壓縮空氣系統(tǒng)有以下泄漏計算公式：
QLeak＝△pV/（p0T） （1）
式中 QLeak—泄漏量，單位為m3/min；
p—壓力差，單位為bar（1bar＝0.1MPa，下同）；
p0—絕對壓力，單位為bar；
V—泄漏的空氣量，單位為m3；
T—測試時間，單位為min。
如果一個空氣系統(tǒng)，其儲氣總?cè)莘e（包括儲氣罐和管路等）為6m3，泄漏的壓縮空氣導(dǎo)致3min內(nèi)儲氣罐的壓力從7bar下降到6bar，那么泄漏量Q＝2m3/min，在3min內(nèi)共計泄漏了6m3的空氣。
2、壓縮機(jī)運行測定法
關(guān)閉空氣系統(tǒng)中所有的用氣設(shè)備，確保所有壓縮空氣系統(tǒng)中空氣都是以泄漏方式離開系統(tǒng)的。開起一臺壓縮機(jī)，采用加卸載模式（On-Line/Off-Line）運行，記錄壓縮機(jī)的壓力設(shè)定點pon、poff和各運行時間。
QLeak＝Q1T/（T＋t） （2）
式中QLeak—泄漏量，單位為m3/min；
Q—壓縮機(jī)的排氣量，單位為m3/min；
T—加載運行時間，單位為min；
t—卸載運行時間，單位為min。
如果一個空氣系統(tǒng)中只有一臺10m3/min的壓縮機(jī)在運行，壓力設(shè)定點是7～8bar，平均加載運行時間1.5min，卸載運行時間1min，那么泄漏量Q＝6m3/min，在3min內(nèi)共計泄漏了18m3的空氣。
3、超聲波泄漏檢查法
壓縮空氣泄漏檢測的困難在于大部分管路都無法輕易觸及，它們或安裝于高空，或隱藏于箱體，而且由于空氣泄漏無法從視覺上判斷出來，所以超聲波檢測是一種常用的方法。超聲波通常是指頻率高過20kHz的波段，而人耳所能接收到的上限值為16.5kHz，利用這一特性，超聲波檢測壓縮空氣泄漏可以在工業(yè)檢測中得以應(yīng)用。超聲波泄漏檢測儀是一種專用儀器，任何氣體通過泄漏孔都會產(chǎn)生渦流，會有超聲波波段的部分，超聲波泄漏檢測儀能夠感應(yīng)任何種類的氣體泄漏。通過接收空氣泄漏發(fā)出高頻“嘶嘶”的聲音，從而確定泄漏點的方式。超聲波泄漏檢測儀通常由傳聲器、濾波器、指示器和耳機(jī)組成。泄漏量和測試的距離及超聲波的數(shù)值有關(guān)系，不同廠商生產(chǎn)的超聲波泄漏檢測儀有不同的參數(shù)表。
超聲波泄漏檢測的步驟如下：
1、巡視整個工廠，快速尋找出空氣系統(tǒng)中明顯的大型泄漏點，如開啟的閥門、軟管上的抹布（有些工人為了掩飾漏點而覆蓋抹布消聲），仍在供氣，但未起動的機(jī)器、排水閥、快插接頭等，在巡視過程中可以勾畫一條最合適的檢測路線，可能時繪制管線圖，對將來的確定泄漏點非常有幫助。
2、用泄漏測試槍仔細(xì)檢測所有的空氣管路，記得一直佩戴耳機(jī)，當(dāng)較難確定泄漏方位時，可調(diào)整靈敏度。
3、從供氣端開始，逐步將檢測向使用端推進(jìn)。
4、建議將檢測區(qū)域細(xì)分，逐一進(jìn)行，避免重復(fù)檢測或者漏檢。
5、檢測到泄漏點后，用標(biāo)簽標(biāo)注位置，確保泄漏標(biāo)簽可以一直懸掛在泄漏點至少到泄漏消除（建議不拆除，以便復(fù)檢）。
6、在泄漏點維修后再次進(jìn)行檢測，有時候維修會導(dǎo)致新的泄漏點產(chǎn)生。
7、計算泄漏量大小。
8、編撰泄漏檢測報告。
實踐中，泄漏檢測工作往往會將上述多種方法綜合運用。通過儲氣容積測定法和空氣壓縮機(jī)運行測定法計算空氣系統(tǒng)的總泄漏量，其結(jié)果作為管理層決定是否進(jìn)行具體泄漏點檢測的依據(jù)。超聲波泄漏檢查法可以測量和標(biāo)記每一個具體的泄漏點。在查找到并定量化壓縮空氣泄漏點之后，運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方法，可以輕松得到泄漏清單并規(guī)劃出下一步修復(fù)泄漏的工作范圍。由于修復(fù)泄漏會產(chǎn)生成本，在實際中經(jīng)常采用帕累托最優(yōu)分析確定修復(fù)的優(yōu)先級，只需要將泄漏量最大的泄漏點修復(fù)，就可以花最少的資源產(chǎn)生最大的價值。
二、修補泄漏
由于泄漏通常在管道連接處發(fā)生，所以修補泄漏的方法可以很簡單：直接把泄漏部位擰緊；也可能會非常復(fù)雜：更換發(fā)生泄漏的部件，如接頭、連接件，甚至總成。
有些設(shè)備本身未配置自動切斷供氣的部件，對于這些設(shè)備可選配電磁閥，在停機(jī)時接收信號自動切斷氣源，或者在進(jìn)氣管上安裝一個球閥，設(shè)備操作結(jié)束時手工切斷氣源。這些都是簡單但有效地減少泄漏的方法。
有些國外的壓縮空氣工程公司習(xí)慣于盡量降低系統(tǒng)的壓縮空氣壓力，或者降低子系統(tǒng)的供氣壓力來減少系統(tǒng)泄漏量。從前述可以發(fā)現(xiàn)，壓縮空氣壓力越低，空氣的流量也就越小。通過壓力流量調(diào)節(jié)裝置來減少因為空氣壓縮機(jī)加卸載運行而造成的空氣壓力波動也可以起到穩(wěn)定壓力，減少空氣泄漏的目的。
三、結(jié)語
壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的正常運行并不意味著整個系統(tǒng)是高效的，壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的方式有很多種，其中消除或減少泄漏是最直接的節(jié)能方式。修補泄漏是每個人的工作，當(dāng)泄漏點大到一定程度時，不用借助任何工具就能夠發(fā)現(xiàn)它的存在。根據(jù)經(jīng)驗，泄漏檢查的投資回收期通常在半年以內(nèi)。工廠管理者應(yīng)當(dāng)把泄漏評估和修復(fù)作為一項經(jīng)常實施的工作，在日常工作中及時發(fā)現(xiàn)泄漏，每一年或者每半年對整個工廠的管理進(jìn)行一次徹底的泄漏檢查，所帶來的能源節(jié)約將大大超過泄漏檢查本身的成本。
隨著科技的不斷發(fā)展和管理手段的不斷提高，通過一些有效的方式對系統(tǒng)的泄漏做出定量計算和檢測，進(jìn)而采取措施對泄漏情況作出相應(yīng)的改造，就能夠為企業(yè)帶來顯著的能源節(jié)約效果。在能源日益緊張的今天，這種改造無論對企業(yè)本身或是對國家都是有深遠(yuǎn)意義的。
