壓縮空氣系統監控裝置必要性分析
“雙碳”是當今社會最大的經濟、科技趨勢之一，在此背景下，在工業生產中平均占工業設施用電量15%，有些工廠甚至高達45%的壓縮空氣系統將不可避免地成為節能降耗的主要對象。而以10年為單位進行觀察，電力費用可以占壓縮空氣系統總成本的75%以上。此外，我國大部分工業企業對壓縮空氣能耗重要性認識不足，節能意識淡薄，也在一定程度上加劇了用戶電力成本的增加。
由於壓縮空氣系統比較複雜，涉及到的環節較多，因此影響壓縮空氣系統能耗的因素非常多，其中比較重要的包括設備因素、安裝因素、使用因素等等。
通過監測壓縮空氣的使用、識別壓縮空氣低效運行和洩漏浪費，以及投資新的高效空壓系統設備，是企業通過減少電力消耗的方式來提升工廠效率的重要途徑。
以目前國內的壓縮空氣系統能效水準來看，平均節能率達到20%-30%並不難。可採取的節能手段包括最初選擇高效的空氣壓縮機類型、保持合理的使用壓力、合理正確的設備安裝、餘熱利用以及持續的高效運行和良好的維護。當然，最為重要的是採用簡單經濟的措施將系統洩漏率保持在最低水準。
壓縮空氣洩漏幾乎是工廠裡最常見的一種能源浪費形式。據行業統計，壓縮空氣的洩漏量平均占整個壓縮空氣量的20%-30%。這些洩漏產生的主要原因是管理不善，並隨著年限的增加洩漏量會越來越大，如管道被腐蝕而破損洩漏、管件連接處鬆動、使用不當、用氣設備和設施的洩漏。另外，根據美國能源部（DOE）相關調查結果和行業粗略統計顯示，每個系統都有洩漏現象存在，近60%的工廠對於空氣系統中的洩漏未採取任何措施。
由於壓縮空氣是由空壓機做功而壓縮出來，空壓機又由電機驅動，所以壓縮空氣的洩漏就間接意味著電能的浪費。定量壓縮空氣洩漏是一件比較複雜的工作，在不同的壓力下，不同尺寸的洩漏孔徑有差異極大的空氣洩漏量。因此，為空壓系統安裝相應的監控裝置尤為重要。這不僅僅因為其能監測系統流量、壓力，對於壓縮系統和管道正確佈局等也有指導作用，可以避免空壓機超時工作並避免不必要地能源消耗。
空壓系統監測裝置可以使用傳統的類比式感測器，也可以採用無線感測器。除了需要確定適用的感測器樣式之外，還應關注感測器可收集的資料類別，包括壓力、濕度、溫度和流量等，用以創建空壓系統的完整狀態。
近年來，工業設備數位化、智慧化急劇發展，物聯網深入空壓機行業。相應的，一些專為壓縮空氣系統監控而設計的無線感測器也應運而生，它們不僅可以提供最為基礎的測量功能，還可以向基於雲的監控平臺提供關鍵資料，並隨時訪問即時資料。大資料配合智慧分析，可以為使用者和設備提供最為專業的運行建議。
監測設備安裝在空壓系統的不同位置，會採集到不同的資料，做出不同的判斷。但只有合適的位置才能得出最真實的運行資料，因此建議由專業人士來確定需要哪些感測器以及需要將它們放置在哪個位置。
如果不對現場進行測量，沒有資料模型，就很難發現問題所在。運用大資料手段對空壓系統進行資訊化、綠色化改造，提升能源利用效率的前提是有準確的資料來源，而空壓系統監測裝置就是資料的提供者，同時為系統能效提升提供支撐。其主要作用包括：
1.監控和測量系統壓力
一套低效的壓縮空氣系統每年造成數萬甚至數十、上百萬元能源浪費的現象，我們已司空見慣。這些低效率通常是由這些原因造成，包括：
- 管道尺寸不合適
- 管道內部銹蝕
- 彎角尤其是直角拐彎太多
- 壓縮機選型不准
- 缺乏壓縮空氣臨時存儲裝置
空氣洩漏通常是壓縮空氣系統中能量損失的主要來源。例如，14.5 psi的壓降會消耗10%的額外能量來補充壓力。此外，每產生2 psi的壓縮空氣相當於系統總能源成本增加1%。
以上問題中的任何一個都會導致空壓機超時工作，從而縮短其預期壽命，這就顯示出安裝空壓系統監控裝置的必要性。比如，在關鍵位置放置感測器能夠獲取整個壓縮空氣系統的壓力資料：壓縮機站、使用點和分配管道可以識別系統中是否存在上述問題以及在何處存在這些問題。如果不通過監控裝置收集這些地方的壓力資料，就無法繪製壓力曲線來識別壓降區域。
2.通過濕度監測含水量
我們知道，空氣經過空壓機壓縮時，動力能轉換為勢能，溫度升高。當排出空氣時，氣壓變小，溫度降低，壓縮空氣中一部分水蒸氣液化。壓縮空氣中含水造成的危害主要表現在：在氣動設備上冷凝水會將潤滑油帶走，造成設備效率降低甚至損壞。冷凝水還會加速管路中閥門的磨損，造成氣動控制設備失靈或誤操作，導致產品損壞，從而導致返工和報廢；使管路和設備發生銹蝕，若在管路的低點發生積水凍結，管路還有爆裂危險。在某些應用中，過多的水分還會滋生有害細菌，從而污染成品。
濕度感測器可以防止以上問題的出現。比如，當壓縮空氣系統中的濕度過高，表明乾燥機、冷凝水去除系統可能存在問題，這時候就需要仔細排查汽水分離器、儲氣罐、乾燥機吸附劑等部位。
3.重視流量感測器
壓縮空氣系統效率低下的一個常見原因是管路堵塞。傳統壓縮空氣管道內壁比較毛躁，隨著時間的流逝腐蝕的程度會越來越嚴重，內徑變小，壓力降變大，從而限制空氣的流動。管道尺寸過小也會導致效率低下，在很多情況下，設計管道尺寸時只適合最初的用氣需求，但隨著用氣端對空氣需求的增長，管道就會因尺寸過小而無法達到用氣需求。
管道洩漏之所以非常普遍，一種原因是管道壁常年腐蝕，加之空氣帶壓，導致管道產生洩漏；另一種原因是由於錯誤的連接方式，或者管道振動、管道懸空等原因導致物理性損壞，從而造成管道洩漏。管道洩漏的重要性如上文所述，不可不重視。
將流量感測器安置在壓縮空氣系統中的合適位置，有利於準確識別潛在的洩漏、壓縮空氣的不當使用，以及整個系統和單獨用氣端的需求。
監測系統洩漏的最佳方法是在下游無用氣需求期間，測量為保系統壓力而需要的壓縮空氣量。所需氣量越大，說明系統中存在的洩漏越多，問題越嚴重。
4.助力實現合理的系統佈局
收集壓縮空氣系統的壓力、濕度和流量資料後，可以對新系統佈局進行分析和重新設計。最終目的是減少壓降、增加流量並提供更高的空氣品質。
一套設計合理、維護及時和能效較高的壓縮空氣系統，每年節省數萬元並不難。它還能夠通過提高壓縮空氣供應的可靠性和系統的安全性，來最大限度地降低生產損失的風險。
合理的壓縮空氣系統管路設計，應儘量避免出現以下幾種情況：
- 彎頭太多
- 氣流突然變化
- 管道過長
- 未使用的壓縮空氣管道，沒有隔離部分太長
- 管道直徑過大或過小
彎頭的形狀會導致空氣突然改變方向，角度過小會讓壓縮空氣失去流動動力。避免使用太多彎頭的一種有效方法就是使用彎曲管道，某些類型的管道可以使用彎管器進行彎曲。
適當的支撐是管道佈局設計中的另一個關鍵因素。如果支撐不當，過長的管道會隨著時間的推移因重力作用而下垂。當下垂到一定程度時，會影響管道中壓縮空氣的流量。減少管道的下垂還可以消除多餘的水分在管道中積聚並導致的腐蝕和堵塞。某些管道中使用的高級鋁合金管具有較強的耐腐蝕性。
小結
數位化轉型是實現“雙碳”目標的重要途徑，數位化的核心是“降本、提質、增效”，而在壓縮空氣領域，其實現的依據就是測量與監控工具。在空壓系統節能改造、節能型空壓機置換和餘熱余壓利用等方興未艾的當下，這些重點增利業務順利開展的基礎就是準確、客觀的測量與監控，因此，對於壓縮機行業而言，除開日常重點關照的整機能效、細分應用、壓縮型式、驅動方式等方面，對於輔助設備與作用——壓縮空氣計量與監控，給予適當的關注，十分有必要，希望能引起行業相應的重視。