工业的差距2：压缩空气系统
国内的工业技术和西方国家在很多地方都有差距，这是不争的事实。一些企业紧抓机遇，踏实做好技术，真正做大做强了，比如做压缩机、风机的金通灵，上市了；做转子泵的得利时，拔尖了，等等。临渊羡鱼，不如退而结网，我们本着“有差距，就有空间；有差距，就有需求”的考量，对这些工业技术，从系统的科学理论出发，认真剖析工业实情，希望尽自己的绵薄之力，促使有志于此的企业，也成为那个领域的马斯克！
这篇说说压缩空气处理系统方面有差距的地方。说到压缩空气，少不了要提提空压机，这部分的内容在我们之前的“空压机”文章里有提到，况且，仅从空压机来说，国内的一些比如开山、金通灵等企业，已经开始慢慢迎头赶上，反倒是空气处理系统这方面，在工业应用领域还有很大的空间，也存在很多的差距和不足。0-10公斤的低压压缩空气，是在工业应用里最为常见的类型。下面我们就常规的压缩空气和生物领域的压缩空气进行大概的分析。
一、常规的低压压缩空气
常规的低压压缩空气的应用领域非常广泛，常见的应用领域如下图所示：
压缩空气应用如此普遍，从装修用的气钉枪，到工业阀门的气动控制，到粉体的密相输送，再到金属行业的喷砂处理等等，数不胜数。但是，在中大型的压缩机集群里，我们的系统节能还有很大的市场空间的。压缩空气系统的节能和技术符合“节能减排”、“碳减排”、“新质生产力”等的要求，市场也有些这类型的系统节能公司，但是为什么还有这么多空间，归根到底在于系统节能技术理论无论是业主、设计院、制造商还有很大的提升空间，需要更多的系统化、数据化以及正确的宣导。下面是某国外空气节能公司的宣传图片：
所以，这里，重点对压缩空气系统节能技术，进行一些梳理，为企业提供一些依据。
1、空气系统节能技术的重要性
压缩空气系统节能技术有多重要，它省下来的钱和碳非常可观，只不过很多人缺少这方面的设计计算方法罢了，所以，也是造成技术得不到推广的首要原因。我们拿几组数据，作为节能技术重要性的支持。
A、一台110kw的压缩机，供气压力降低0.7公斤的情况下，一年省电5.6万度，粗略按1块钱一度电，一年节约用电5.6万元；
B、2台110kw的压缩机，吸气量按850m3/h计算，如果泄漏量减少10%，一年省电6.1万度，一年节约用电6.1万元；
C、2台110kw的压缩机，如果进行热能的回收利用，仅按30%热量得到利用的情况下，一年节约的热量相当于580t的蒸汽(6公斤饱和)，粗略按300元的蒸汽单价，一年节约热量成本17.4万元。
当然，节能措施不仅仅是上面提到的一些，但，从上面的节能经济效益可以看出，压缩空气系统的节能，很重要，也很有必要。毕竟压缩机的购买成本和节能改造维护的成本，占总成本比例不足30%，运营成本才是大头。
2、空气系统节能的措施
A、选择合适的压缩机类型
压缩机的类型大概就几种，比较多见的比如活塞压缩机、螺杆压缩机、罗茨鼓风机和离心风机等等。虽然压缩机的类型较少，但是同种压缩机类型，其效率和性能依然有比较大的不同，这主要源于厂家设计和制造上的差异，比如流道是否合理，有没有使用永磁技术、磁悬浮轴承技术等等。虽然节能技术是一个很好的宣讲点，但是绝不能舍本逐末，应该首先确定合适自己使用的压缩空气的压力和流量等级，然后再去找合适的压缩机类型。下图为常见的压缩机流量和压力等级范围参考：
要选择合适的压缩机类型，不能完全依赖设备供应商，毕竟绝大多数情况下，供应商只会根据你的需求来给你选择设备，而不能根据现场条件进行合理的使用和改进。毕竟，两者所站的位置不同。所以，无论是业主方还是供应商来说，提高知识的深度和广度，就很有必要。以某工厂使用压缩空气来对压铸金属进行吹扫冷却为例，选用了常规的6公斤级别的螺杆压缩机，经过改造，选用了低压的压缩机，配置合适的储气和管道系统后，节约的金额非常可观。
B、做好系统压降的控制和设计
我们之前有计算过，压缩空气系统每增加1公斤压力，将会增加约7%的总功率。我们这篇文章前面也举例了降低供气压力可以节能的数据，所以，从节能来说，空气系统压降的控制和设计，就很有必要。控制好系统的压降，当然来源于设计计算。首先当然是管径的选取，这看似简单，其实很多人并没有计算选取，仅凭经验进行，这就造成了长期以来，能源的无端损失。其次是空气处理系统元件的择优选取，这里面比如一些换热器、过滤器等，合理选择，可以避免过大的压降。下图为演示的7公斤空气系统，经过一系列处理后，降至6公斤的曲线图：
当然，控制压力降的方法，还有一个关键的就是，从使用源头着手。比如，我们常见的发酵罐，很多人千篇一律，做成瘦高型，造成空气成本很高。但如果，我们从源头想办法提高空气的分布和有效利用，将大大减少能源的消耗。
C、统筹考虑热量的回收利用
压缩机将空气升压过程做的功里面，90%以上都转换成了热量，这些热量如果设计合理，又有超过90%以上得以回收利用。常规的做法里面，是将压缩空气和供暖或者锅炉的水进行换热，从而实现热量回收的目的。如下图所示：
但是，这些热量回收的方法，很是鸡肋，一个是很多工厂类似的低温余热本来就挺多，大有利用不过来的势头；另外一个是设计的时候，没有综合考虑，联动不起来，产生的热量无处可用。所以，统筹工厂的工艺过程，达到合理的能源回收，就很有必要。这里提一提，我们之前提到过的一些做法，将这部分热量和产品干燥系统结合起来，如果有需要，再结合热泵干燥技术，也可以达到很好的热量回收典范。下面是某公司宣传，一年回收投资的案例图：
但，这种相对复杂的设计，国内应用推广的并不好，归根到底是理论不够扎实，统筹考虑不足所致。有兴趣的，可以找找类似Suez等公司干燥的例子看看。
D、做好压缩机运行的监测和控制
压缩机运行成本如此之高，但是大多数的企业却忽略了对其进行必要的监测和优化控制。常规的企业，从节能考虑，给压缩机上了变频控制等的节能措施，但实际上，这远远不够的。业主实际上可以做得更多，通过监控一定周期的压缩空气使用量，采取错峰用气、管控泄露点等方法，实现长期的经济运行。下图为Atlas书籍里面对用气情况监测的截图：
二、生物领域的压缩空气
上面说了常规的低压压缩空气，实际上，生物领域的压缩空气和它们是具有一样的共性的。这里单独拿出来，因为其还具有无菌的特性，需要在上面的压缩空气处理的基础上，做些调整和优化。我们在之前的文章里，有提到过，发酵领域发生污染的原因里面，空气的原因，占比超过20%。所以，工业发酵生产过程，压缩空气的处理必须正视。这点，我们在发酵工程关键技术（三）连消系统和空气处理系统有提到这方面的要点，这里就不再展开，我们看看国外生物领域的做法和国内最大的差别就是，一个更多的采用吸附干燥的办法，另外一个采用的是冷却除湿再加热的办法。
两者之间，很明显的区别就是，吸附干燥去除空气里面高达95%以上的水分，而冷冻干燥仅约为60%，甚至更低。所以，吸附干燥一般不会结露，而冷冻干燥后，工业上为了避免结露造成过滤器堵塞和细菌滋生的问题，会在除湿后进行再加热，这也造成了额外的能源消耗。当然，也有一些设计采用了类似热回用等节能措施，但结露风险依然无法避免。两种除湿模式各有优劣，但从风险评估来说，吸附干燥更胜一筹，毕竟其确保了过滤器的有效工作。下图为无菌过滤器的工作原理示意图：
当空气经过无菌过滤器后，就属于完全的无菌边界了，管道系统等等的方面就必须遵循卫生标准进行设计和操作了。这点可以参考我们CIP和相关标准的文章，这是其中一篇：工业的差距1：CIP在位清洗。但是，在我们实际的发酵工业里面，基本没有遵照执行，这也是给空气系统买下隐患的一个原因。下图是我们工业发酵罐上常见的制造和安装形式，如果我们有和先进的技术进行对比，就可以知道，我们的差距在什么地方了。
三、压缩空气处理系统工业落后的表现
压缩空气系统落后，造成了比较普遍的能源浪费和较大的运行风险。国内压缩空气处理系统滞后的主要表现有：
1、压缩机制造单位没有像Atlas这样的企业一样，将知识吃透，只做压缩机，做不好处理系统；
2、空压机的使用企业，理论知识贫乏，没能从源头构思出空气系统的节能和进行安全保障的措施；
3、专门从事压缩机节能服务的公司，没有深入从业主角度考虑问题，相对只抓住了些寥寥的客户。
无论是上面哪一项，其实都应该系统的从知识理论着手去联系实践。一个朋友、一本好书，可能会让你事半功倍。就像下面的书一样，将压缩机过程的计算，大概都示例了一遍，这样，去说服别人的时候，数据就更彰显可靠了。
本次分享的是《压缩空气操作手册en》英文版，这本书最大的特点是大图，清晰，对于快速理解压缩机和压缩空气有很大的帮助。
注：上面关于压缩机和空气系统的知识，我们也只能简单说个一二，我们希望，大家可以系统的看看各个方面的经典书籍和系统总结，加大知识的广大和深度。
企业要提高自身的竞争力，可以随时和我们取得联系。
