前 言

　　本标准按照GB/T 1.1—2009给出的规则起草。

　　本标准由中国通用机械工业协会压缩机分会和气体净化设备分会提出。

　　本标准由中国通用机械工业协会归口。

　　本标准主要起草单位：合肥通用机电产品检测院有限公司、上海英格索兰压缩机有限公司、北京爱索能源科技股份有限公司。

　　本标准参加起草单位：阿特拉斯·科普柯(上海)贸易有限公司、无锡锡压压缩机有限公司、复盛易利达(上海)压缩机有限公司、复盛实业(上海)有限公司、杭州嘉隆气体设备有限公司、杭州哲达科技股份有限公司、贝克欧(上海)净化系统科技有限公司、上海斯可络压缩机有限公司、厦门东亚机械工业股份有限公司、西安联合超滤净化设备有限公司、深圳市宏日嘉净化设备科技有限公司、杭州科林爱尔气源设备有限公司、广东康普森压缩技术有限公司、深圳市康普斯节能科技股份有限公司、杭州山立净化设备股份有限公司、合肥科迈捷智能传感技术有限公司、深圳市格瑞拓能源科技有限公司、无锡纽曼泰克气源净化设备有限公司、中国电力建设工程咨询中南有限公司。

　　本标准主要起草人：孙晓明、林丽华、孙军军、朱维吉、潘志旸、蔡茂林、杜丙同、彭恒、陈放、李金荣、杨电、尚勇军、褚毅、陈圣坤、沈斌、沈新荣、董鹏举、高宝华、韩文浩、李大明、刘柏藩、蔡纵、邓泽贤、洪振中、洪川、顾宇、黄瑞、邹栋、金巍。

　　压缩空气站节能设计指南

　　重要提示：本标准的使用者注意，与节能有关的设计和措施不应危及安全。

　　1   范围

　　本标准规定了工业用压缩空气站(以下简称空压站》的工艺节能设计、工艺设备选型、公用设施、监控系统、能效设计计算、能效验收评价。

　　本标准适用于三相交流电源，电压不超过10kV,由电动机驱动、单机额定功率大于或等于18.5kW.排气压力在0.3 MPa~1.6 MPa范围的空气压缩机，供气总量大于4m³/min和空气压缩机总运行功率大于37kW的空压站的节能优化设计、改造和评价。

　　本标准不适用于空分站和井下、洞内等特殊场所的空压站。

　　2   规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 3853容积式压缩机 验收试验

　　GB/T 4975 容积式压缩机术语 总则

　　GB/T 10893.1 压缩空气干燥器 第1部分：规范与试验

　　GB/T 13277.1 压缩空气 第1部分：污染物净化等级

　　GB/T 15487 容积式压缩机流量测量方法

　　GB/T 16665 空气压缩机组及供气系统节能监测

　　GB17167 用能单位能源计量器具配备和管理通则

　　GB19153 容积式空气压缩机能效限定值及能效等级

　　GB19762 清水离心泵能效限定值及节能评价值

　　GB 20052 三相配电变压器能效限定值及能效等级

　　GB21518 交流接触器能效限定值及能效等级

　　GB 22207 容积式空气压缩机 安全要求

　　GB/T 25630 透平压缩机 性能试验规程

　　GB/T 26921 电机系统(风机、泵、空气压缩机)优化设计指南

　　GB/T 26967 一般用喷油单螺杆空气压缩机

　　GB/T 27883 容积式空气压缩机系统经济运行

　　GB/T 38182 压缩空气 能效 评估

　　GB50029 压缩空气站设计规范

　　GB50050 工业循环冷却水处理设计规范

　　GB50052 供配电系统设计规范

　　JB/T 6430 一般用喷油螺杆空气压缩机

　　JB/T 7664 压缩空气净化 术语

　　JB/T 10526 一般用冷冻式压缩空气干燥器

　　JB/T 10532 一般用吸附式压缩空气干燥器

　　JB/T 10598 一般用干螺杆空气压缩机 技术条件

　　JB/T 10972 一般用变频喷油螺杆空气压缩机

　　JB/T 13345 一体式永磁变频螺杆空气压缩机

　　JB/T 13346 一般用压缩空气过滤器

　　T/CGMA 033001 压缩空气站能效分级指南

　　3  术语和定义

　　GB/T 3853.GB/T 4975、GB/T 15487、GB/T 16665.GB 19153、GB/T 25630、GB/T 38182、GB 50029、JB/T 7664、JB/T 13345,JB/T 13346和T/CGMA 033001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　压缩空气系统compressed air system

　　由部件组集成的一个子系统群，包括空气压缩机、净化设备、控制装置、管道系统、气动工具、气动的动力机械和使用压缩空气的工艺流程。

　　3.2

　　压缩空气站compressed air station

　　所有空气压缩机、压缩空气净化干燥设备、储气罐、供配电系统、冷却系统、监控系统、站房通风系统和压缩空气送气总管之前压缩空气的管路、阀门仪表及必需的辅助设备所组成的总体。

　　4   工艺节能设计

　　4.1   基本要求

　　4.1.1空压站中所使用的电气和设备的安全。防爆性能要求应符合GB 22207.GB50029的要求。

　　4.1.2空压站中所使用的空气压缩机(以下简称空压机)、压缩空气干燥器(以下简称干燥器》等设备的一般性能要求应符合GB/T 26967、JB/T 6430、JB/T 10526、JB/T 10532、JB/T 10598、JB/T 10972.JB/T 13345的要求。

　　4.1.3压缩空气系统设计宜进行全生命周期成本分析，并据此设置分压力、压力露点(以下简称露点)、含油量，以满足生产对压缩空气压力、流量、压缩空气质量的需求及变化。

　　4.1.4在厂(矿)区布置，空压站宜靠近用气负荷中心。可采用集中式站或分散式站两种方式，综合考虑用气负荷在厂区的分布情况、供电供水的合理性和未来生产规划等多种因素，经技术比较后确定。当采用分散式站房布置时，宜联网运行。

　　4.1.5空压站宜依据全生命周期成本较低方案设计选用节能设备，不应选用国家明确的落后和淘汰产品。

　　4.1.6空压站宜配置自动控制系统，使得空压机、净化设备运行能快速响应压缩空气流量、压力和质量需求的变化，且运行在高能效区。

　　4.1.7电力、冷却、监控系统等公用设施应能够满足空压站供气量的动态变化要求。

　　4.1.8装机总功率大于500kW的空压站，应配置实时监控系统，按照GB/T 16665,GB 17167的规定，安装测量仪器仪表，监测电量、压力、流量、露点等有关能效的参数。

　　4.1.9空压站宜采用相关技术和设备回收利用压缩热能，或预留增加设备接口。

　　4.1.10空压站节能设计能效值应不低于T/CGMA 033001规定的3级指标。

　　4.2  参数设定

　　4.2.1  供气压力

　　4.2.1.1应根据压缩空气使用点压力需求，统计用气设备压力，综合压力损失;在满足生产需求前提下，应降低空压站供气压力设定值，合理设定空压站供气压力。

　　4.2.1.2压力差异较大或较偏远孤立的用气设备(或区域),应对压差进行效益评估，确定是否设立独立或分供气系统。

　　4.2.1.3对较高压力需求，当单点流量需求在小于4m³/min时，宜采用增压设备供气;对较低压需求，单点流量需求大于4m³/min时，可通过全生命周期成本分析，设置单独低压供气。

　　4.2.1.4空压站宜采用变频空压机调节气量，减小系统的压力波动，降低供气压力和空压机运行压力。

　　4.2.1.5多台空压机运行，宜采用联控设备控制其供气压力，减小压力波动，在正常负荷下供气压力波幅不宜大于0.04 MPa.

　　4.2.2  供气流量

　　4.22.1空压站供气流量应依据用户最大需求，综合管道系统漏损和干燥器等不可预见耗气等因素确定。

　　4.2.2.2联通管网的分散空压站宜统一设置备用容量。

　　4.2.2.3根据供气量调节供给能力，不同压力供气系统之间，宜安装流量调节装置，提升整个空压站的能效水平。

　　4.2.2.4依据气量需求变化幅度，应合理配置不同气量的空压机，总数量宜为3台~6台。

　　4.2.2.5每个空压站应选用1台~2台具有变频或变容等节能型气量调节功能的空压机，满足供气量变化需求。

　　4.2.3  供气质量

　　4.2.3.1空压站供气应按照GB/T 13277.1选择压缩空气质量等级。

　　4.2.3.2空压站应合理设置压缩空气露点、含油量、含尘量参数，不宜选择过高净化等级。

　　4.2.3.3空压站宜具有压缩空气露点调节功能，以满足生产需求和气象环境的变化。

　　4.2.3.4存在不同压缩空气质量需求的用气单点或区域时，空压站宜设置分净化系统;或对压缩空气质量要求高的用气单点或区域，增加设置较高净化等级的干燥器和过滤器。

　　4.2.4  控制要求

　　4.2.4.1配置4台及以上空压机，且总运行功率大于200kW,宜配置联控系统，对空压机的运行进行集中控制。

　　4.2.4.2空压站按下列方法，对每台空压机的加卸载压力进行合理设置：

　　a) 应控制空压机运行压力平稳，且避免压力过高，正常运行压力波动幅度宜小于0.04 MPa;

　　b) 优先启用能效较高的机组;

　　e) 同时安装有离心和回转空压机的空压站，优先选择离心空压机供给基础用气，回转空压机供给波动用气;

　　d) 同时安装有离心和回转空压机，优先设置通过离心空压机进口导叶阀调节气量;

　　e) 优先使用变频空压机调节气量，当用气量波动超出变频调节范围，再使用工频回转空压机加卸载调节;

　　f) 安装有多台离心空压机时，宜采用联控方式调节气量，避免使用放空阀调节，同时避免多台离心空压机的进气导叶阀开度过小;

　　g) 应合理设置控制回转空压机的卸载运行时长，避免长时间热备机;

　　h) 加卸/载时，应按照空压机气量，由小到大逐级进行。

　　4.2.4.3露点需求变化(如因环境温度变化使得露点需求变化)时，宜控制干燥设备的运行参数，避免过度干燥。

　　4.2.4.4冷却塔风机、循环水泵、站房通风机等用能设备的运行，应根据需求进行调节控制。

　　4.2.4.5对于有多个压力分供气系统输出的空压站，宜能够调度不同压力分系统的压缩空气。

　　5  工艺设备选型

　　5.1  基本要求

　　5.1.1空压站设计应全面了解其工作环境的大气温度、大气压力，湿度，合理确定运行工况，选择与需求压缩空气的压力、流量和质量参数相适宜的工艺设备。

　　5.1.2工艺设备应运行处于经济性较优区间，按生产过程中用气量波动的幅度、周期，确定设备台数及机型流量配比。

　　5.1.3对工艺设备压力参数选型时，应考虑管网压力损失，选择满足气量、压力参数相近的设备，不应选择与额定参数差异过大的设备。

　　5.1.4根据客户实际需求，合理选择参数相匹配的净化设备，不宜过度净化压缩空气。

　　5.2  空压机

　　5.2.1根据工艺设备对压缩空气质量的要求和流量要求的变化特点，经能效评估后，合理选择空压机的气量、压力和类型、台数。

　　5.2.2优先选择机组比功率较低、能效优于2级(当有能效分级时)的空压机。

　　5.2.3当冷却水资源丰富并符合GB 50050时，优先选用水冷型空压机。

　　5.2.4对于用气量大于300m³/min且用气负荷稳定的空压站，宜选择离心空压机为主。

　　5.2.5用气量较小或用气量波动较大、间歇用气，经常停机运行的空压站，应选择回转空压机;用气量波动周期较短的工况，应配置变频回转空压机调节气量，避免空压机频繁启停。

　　5.2.6多台空压机运行时，宜根据流量波动情况合理选择变频空压机的数量。对于4台以上空压机运行时，不应采取全部或过多数量的变频空压机用于调节。

　　5.2.7离心空压机的压力选型，应与供气压力要求相适应;在现有机型无相适应压力时，宜选择定制离心空压机。

　　5.2.8离心空压机单机容积流量调节下限不宜低于额定容积流量的80%.

　　5.3  干燥器

　　5.3.1依据压缩空气的额定气量、压力、露点要求和进气温度和环境温度工况，合理选择干燥器类型、规格和数量。

　　5.3.2干燥器选型，应选择稍低且接近供气要求的露点，不应选择露点过低的干燥器。

　　5.3.3综合比较耗电量、耗气量参数，合理选择节能型干燥器。

　　5.3.4冷冻式干燥器宜选择变频控制或循环式机型，适应工况和气量、露点要求的变化。

　　5.3.5压缩空气处理量大于10m³/min,且需配置吸附式干燥器时，宜选用鼓风加热再生干燥器;在有条件时，优先选用压缩热或余热再生吸附式干燥器。

　　5.3.6吸附式干燥器宜选择具有露点控制功能的。

　　5.4  过滤器

　　5.4.1依据压缩空气的含油量、固体颗粒指标要求，合理选择配置过滤净化等级，确定过滤器的类型。

　　5.4.2过滤器的设置，除应满足工艺对压缩空气净化等级的要求外，还应在下述位置设置：

　　a) 干燥器前、后端和洁净气用气设备前端;

　　b) 湿度等级高于或等于2级或固体颗粒等级高于或等于2级的干燥和净化压缩空气系统的配气台前端、后端。

　　5.4.3过滤器宜配置压差显示及报警装置。

　　6  公用设施

　　6.1  环境要求

　　6.1.1空压站的朝向宜减少日晒，站房内有良好的通风，环境应保持较低空气温度和湿度、含尘量，但不宜低于5℃.

　　6.1.2空压机的吸气口宜设置在室外干燥、背阴、无热源的位置，应有防雨措施。与机组的连接管道力求短、直，进气温度宜高于5℃.

　　6.1.3空压机的吸气口在室内时，宜避开较高湿度的气流。

　　6.1.4空压站应注意通风，避免室内出现明显负压和较高温度。空压机、干燥器冷却热风和干燥器流程产生的热空气，宜强制排至室外。

　　6.1.5对空压站房内发热设备和管道宜采取隔热措施。

　　6.2  电力系统要求

　　6.2.1供电电源质量、电机系统谐波限制应符合GB/T 26921的要求。

　　6.2.2依据电机系统运行方式，合理实施功率因数补偿，补偿后设计工况下功率因数不宜低于0.9.

　　6.2.3功率大于315kW的空压机，主电机宜采用6kV或10kV供电系统。

　　6.3  电动机及电器的基本要求

　　6.3.1在满足机械负载要求的前提下，经济合理地确定电动机类型和额定功率，所选电动机应与被拖动机械负载的特性相匹配.

　　6.3.2在采用变频器调速装置进行调速时，应选择与变频调速装置匹配的电动机，其选型应符合GB/T 26921的要求。

　　6.3.3外置变频器的选型及与空气压缩机匹配应符合GB/T 26921的要求。

　　6.3.4变压器的空载损耗和负载损耗应符合GB 20052.GB 50052的规定。

　　6.3.5交流接触器的吸持功率应符合GB 21518的规定。

　　6.4  冷却水系统

　　6.4.1空压站的冷却水，宜采用循环水或重复使用水系统，循环水宜采用开式高位冷却塔或闭式系统。

　　6.4.2空压机冷却水人口处的给水压力不应大于0.4 MPa,不宜小于0.1 MPa.

　　6.4.3当企业内部有软水可以利用，且系统经济合理时，循环系统的供水，可采用软水复用。

　　6.4.4冷却水系统应具备节能控制功能，根据天气湿度变换情况，调节水量。

　　6.4.5所选用的清水离心泵的额定效率宜不低于GB 19762中的节能评价值。

　　6.4.6冷却水系统的循环水泵宜采用变频控制，循环水泵根据冷却水流量自动启停。

　　6.5  管网设计

　　6.5.1压缩空气管道应满足用户对压缩空气流量、压力及质量的要求。

　　6.5.2压缩空气管道宜根据全生命周期成本分析，设置管道内径，降低压缩空气流速，减小压力损失。

　　6.5.3压缩空气主管路应避免出现小于90°的弯道，同时尽量减少弯头、阀门、变径。

　　6.5.4压缩空气管道系统，从空压机出口到压缩空气站供气出口的压力损失不宜超过空压机排气压力的10%.

　　6.5.5应设置排放管道系统内积存冷凝液的装置。

　　6.5.6冷凝液排放阀不应为常开型，宜采用零气损型。

　　6.6  储气罐选型

　　6.6.1储气罐容积的设计应考虑减小空压机加卸载频率。

　　6.6.2空压机、干燥器下游均宜设置储气罐。

　　6.6.3冷凝液自动排放装置宜采用零气损型。

　　6.7  余热回收利用

　　6.7.1工厂或客户端若有如下工程要求之一，宜对压缩余热回收利用：

　　a)锅炉补水预热;

　　b)工艺流程用供热;

　　e)压缩空气干燥流程中的再生加热;

　　d)室内空间加热;

　　e)生产、生活用水加热。

　　6.72余热回收系统若安装水箱，水箱液位应具有自动控制功能。

　　7  监控系统

　　7.1系统设计

　　7.1.1空压站配置实时监控系统的测点要求，应按照GB/T 16665、GB 17167的规定;对于多个分系统输出的空压站，应对每个分系统输出参数独立监测。

　　7.1.2空压机和干燥器、风机、水泵等重大用电设备宜安装用电量监测仪表。

　　7.1.3空压站宜采用网络技术提升信息化管理能力，进行能效监测、评估。

　　7.2  监测项目和仪表

　　7.2.1应对空压站输出压缩空气的压力、流量实时监测，对输出压缩空气的露点宜实时监测;仪器仪表测量精度符合GB/T 3853.GB/T 15487、GB/T 16665.GB/T 27883的要求。

　　7.2.2应监测空压站房室内环境湿度及空气湿度。

　　7.2.3监控系统应实时监测空压站的用电单耗、输功效率。

　　7.2.4单机功率大于110kW的空压机，宜监测压力和流量，测点要求按GB/T 3853的规定。

　　7.2.5单机流量大于60m³/min干燥器宜监测输出压缩空气的流量，露点、压降，测点要求按GB/T 10893.1的规定。

　　7.2.6监控系统还宜具备下述功能：

　　a) 监测冷却水系统供、回水湿度和供、回水压力，风机、水泵的运行状态;

　　b) 监测空压机的机组比功率;

　　c) 监测管网压力、压损;

　　d) 具备一定的预测功能，对流量需求的变化做出预判;

　　e) 监测压缩空气泄漏量。

　　7.2.7监控系统宜和设备通信，形成实时监测运行数据;对不具备通信功能的设备，或监测数据不完备的设备，可安装相应测量仪表。

　　7.2.8计算机监控系统实施监测数据刷新频率宜控制在1s~5 s,通过互联网方式监控系统刷新频率宜控制在10s以内。

　　7.2.9数据存储时间应不低于3年。

　　7.3  数据分析功能

　　7.3.1智能监控系统应具备能效计算功能，根据T/CGMA 033001计算空压站能效等级。在空压站能效有较大变化时，设有警示。

　　7.3.2监控系统宜通过实时曲线图显示所有参数变化状态。

　　7.3.3监控系统宜通过报表显示空压站用电量、空压站供气量及空压站用电单耗和输功效率。

　　7.3.4监控系统应具备一定的数据分析功能，通过对历史数据的分析判断设备的健康状况。

　　8  能效设计计算

　　8.1  总则

　　8.1.1在完成压缩空气的压力、流量、质量(露点、含油量、含尘量)的设计要求和设备配置选型后，应对空压站进行能效预计算，再优化系统、设备，获得全生命周期经济性较佳方案。

　　8.1.2按T/CGMA 033001计算综合输功效率，进行能效评级。

　　8.2  空压站能效

　　8.2.1基本要求

　　空压站能效设计，应明确空压站在正常生产时间段的供气量范围及工休时间段供气量大小，以确定空压机、干燥器开机、冷却系统开机时间、控制调节状况。

　　8.2.2空压站输功效率

 

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