《空氣壓縮系統節能方法 （上）》

從傳統產業到高科技，許多產品的製程上，空氣壓縮機（簡稱：空壓機），已成為不可或缺的動力來源，或作為精密氣動儀器的動力來源，或作為化學反應的重要元素，甚至是將空氣中的氮氣與氧氣進行分離，以取得高純度的單一元素氣體。

空壓機運用範圍之廣範，可從小小機車行，乃至巨大的化工廠，都有它的一席之地。壓縮氣體在工業界與電力、水力、蒸氣力並稱工業四大能源，少了它，需多製程運作都將受到影響甚至停擺，重要性不容忽視。

壓縮空氣達到需求壓力，並且去除水分以至可用的狀態，將耗損相當可觀的電力，約莫是每消耗4kW的能源，才僅有1kW被轉換成壓縮能，雖然空氣不用錢，但壓縮後的空氣，可說是非常昂貴的。

空氣壓縮機有多種不同的形式，主要可分為往復式、螺旋式與離心式，驅動來源大多為電動馬達，大型離心式也可以使用蒸汽渦輪機來驅動。一般工廠中則以電力驅動的螺旋式與離心式空壓機使用最多，這也將是本篇討論的重點。

空氣壓縮流程，可參考下圖：

基本上可以區分為三塊系統，即壓縮系統、冷卻系統與乾燥系統。

電機驅動壓縮段的轉子將自然界的空氣透過入口空氣過濾器吸入至壓縮段進行壓縮，壓縮後的空氣為高壓高溫，須藉由冷卻器進行冷卻，視製程需求壓力不同設計多段壓縮，一般常見為三段壓縮（每段均需具備對應冷卻器），出口額定壓力在6~8 kg/m^2(G)。冷卻後的壓縮空氣為飽和氣體，再經過乾燥機降低露點，方達到真正可用的乾淨乾燥壓縮氣體。

冷卻系統基本上與中央空調的冷卻系統很類似，但多了一套油冷卻系統，作為潤滑油的冷卻循環之用。另有排空閥作為正常停機與異常狀態的洩壓保護機制。

一般來說，製程需求的壓縮空氣並非為固定值，而是會呈現起伏變化，在單一壓縮機上，便可藉由入口閥門的調整，來增減進氣量，因此比例式控制閥門將優於全開/關的閥門。

當不只一台空氣壓縮機時，便可藉由系統壓力控制，設定啟動/停機順序，確保流量維持在最適需量，只啟動所需的最少台數空壓機，不至於製氣過多，只能排空浪費。現在的空壓機廠商一般都可選配此項控制功能。可透過建置配套的SCADA系統監控。

此外若為螺旋式壓縮機，還可以選用具變頻功能的，同樣可以達到降載的效果。

外部空氣條件，代表後續一切動作將付出什麼代價，入口溫度越低，溼度越低，可提高空氣壓縮效率，一般來說入口每高4°C，將增加1%的等效壓縮能耗。因此在入口空氣濾網設置的位置應考量陰涼、乾燥的地方。切忌將入口過濾器與壓縮機放置同一室內空間，這樣除了會造成吸入壓縮機自身熱傳之熱氣外，一般壓縮機房內還存在潤滑油霧氣，吸入油氣將導致空氣含油量增加，亦會增加後端乾燥機負擔，長久下來壓縮段轉子亦容易發生結垢而損傷。

此外，調低冷卻水溫度也能大幅提高壓縮效率、增加冷凝水排出，惟須注意管路保溫，避免產生管路凝結水到處流竄。後段壓縮過程每降低5°C入口溫度，約能再減少2%的壓縮功率消耗。只不過需計算冷卻系統縮因而增加的能耗，但一般來說還是值得投入的。另外還要注意一點，就是當冷卻水溫度低於24°C後，效益就不明顯了，再往下調溫，除了增加管壁外凝結水的生成，也會使冰機增加更多作功能耗，如若停機後凝結水仍存在於壓縮機內部管路，恐造成鏽蝕而損傷，將得不償失。

需注意入口過濾器到壓縮機入口閥門不應超過原廠建議，否則入口管路壓降越多，將需要消耗更多能源來壓縮至額定壓力。入口每產生250mm水柱的壓降，將增加1.6%的等效壓縮功率消耗。

氣體管路應盡量減少非必要彎頭或閥件，以降低管路摩擦損失。同時在使用端的管路設計，應以環形管路為佳，以確保壓力均衡，不至於發生末端壓力過低。

在冷卻器的部位，其冷凝水排水閥可採用無耗氣式卻水器，避免在排放冷凝水的同時，也將珍貴的壓縮氣體一併排出。

本週先著重在介紹空壓系統，與一般最常見的節能考量。相較於空調系統，空壓可謂複雜許多，筆者大概會分成三篇來說明自己的一些學習見解與經驗。