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2021-06-22 10:06
恐怖的電費黑洞！
工廠高達40%的壓縮空氣可能被泄漏了（干貨）
在當(dāng)前工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)中，能源浪費主要表現(xiàn)為泄漏偏大，空壓機配置及運行僅以保壓為目的，供氣壓力不合理、氣槍噴嘴低效、設(shè)備用氣存在浪費、現(xiàn)場工人用氣節(jié)能意識淡薄等問題。但表現(xiàn)最為明顯、問題最為嚴(yán)重的是壓縮空氣的泄漏。
在泄漏問題上，國內(nèi)工廠中的泄漏量通常占供氣量的20%-40%，泄漏在現(xiàn)場廣泛存在，主要產(chǎn)生在橡膠軟管接頭、三聯(lián)件、快換接頭、電磁轉(zhuǎn)向閥、螺紋連接、氣缸前端蓋和其它各種元件等處，有時一個汽車焊接車間的泄漏點就有數(shù)萬個。
一、常見泄漏點
壓縮空氣的泄漏源主要是氣動元器件在使用過程中因老化、受到外力而破損等形成的，如各種氣動管道的裂紋、漏孔、管接頭磨損、閥類元件密封損壞、氣缸密封圈磨損等。但泄漏同樣會產(chǎn)生于設(shè)備安裝、操作維護、元件制造及設(shè)計過程中，如：材料選擇，密封形式設(shè)計不合理；制造中的加工工序不標(biāo)準(zhǔn)，加工精度不達標(biāo)；安裝中裝配不當(dāng)，螺紋連接處沒擰緊等，都會導(dǎo)致泄漏發(fā)生。
此外，現(xiàn)場還存在內(nèi)泄漏現(xiàn)象，比如，螺桿式空壓機運行一段時間后，其排氣量往往有所下降，主要就是由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子之間，以及轉(zhuǎn)子和內(nèi)壁之間的間隙變大發(fā)生了氣體內(nèi)泄漏導(dǎo)致的；而氣缸的活塞和內(nèi)壁間的間隙也會由于磨損發(fā)生內(nèi)泄。這些氣體的內(nèi)泄漏不易察覺，長期泄漏會產(chǎn)生巨大的損耗浪費。
壓縮空氣的使用成本高，泄漏占比大，泄漏導(dǎo)致的損失往往超出大部分人的想象，例如：汽車點焊工位的一個焊渣在氣管上導(dǎo)致的一個直徑1mm的小孔，每年導(dǎo)致泄漏損失高達約3525kw·h。除了這樣直接的能源浪費外，壓縮空氣泄漏使氣動工具和執(zhí)行元件的工作效率降低，影響工作的正常進行，間接導(dǎo)致更多的能量損失。例如：泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力下降，影響噴嘴的噴吹力、氣缸的執(zhí)行力以及動作速度等。這時常用的補償措施就是提高系統(tǒng)的供氣壓力，使空壓機組容量不必要增加，消耗更多的電能，或使氣動系統(tǒng)需要更頻繁地工作，增加設(shè)備運行與維護成本。
現(xiàn)場的泄漏多數(shù)不是與生俱來的，而是在使用過程中隨著零部件的老化或破損而形成的。現(xiàn)場泄漏量的60%-70%是壽命泄漏，來自使用了5年以上的設(shè)備；10%-30%是源于使用1-4年的設(shè)備中；而在設(shè)備安裝階段，由于安裝不當(dāng)或產(chǎn)品允許泄漏等造成的泄漏，僅占全部泄漏的5%-10%。
二、泄漏檢測
（一）泄漏的定量檢測
對壓縮空氣泄漏問題的防治應(yīng)以氣動元件設(shè)計、部件生產(chǎn)、氣動回路安裝、設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)使用和維護等多個方面同時著手，但針對壓縮空氣系統(tǒng)現(xiàn)場的泄漏問題，主要是在系統(tǒng)使用過程中做好泄漏監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理的工作。簡言之，監(jiān)測技術(shù)就是發(fā)現(xiàn)泄漏的手段，定量檢測就是為了測量壓縮空氣系統(tǒng)、設(shè)備的泄漏量，判斷泄漏是否超出容許的范圍。
泄漏的概念是相對的，事實上沒有氣動系統(tǒng)或單個氣動元件是絕對“不泄漏”的。不同應(yīng)用的氣動回路工作壓力不同，所能容忍的泄漏大小也不同。所以泄漏檢測要先確定氣動系統(tǒng)或元件測定時的壓力，最大允許泄漏量，然后采取適當(dāng)?shù)臋z測方法。而影響泄漏的因素主要包括泄漏的形狀、大小，泄漏內(nèi)側(cè)與外側(cè)的壓差，壓縮空氣的溫度和環(huán)境溫度等。
1.單個元件的泄漏量檢測
（1）氣泡泄漏檢測法
當(dāng)被測元件泄漏位置內(nèi)外兩側(cè)存在壓差時，若低壓側(cè)有顯示用的液體，泄漏的氣體便會在低壓側(cè)吹出氣泡，既可以依此判斷泄漏位置，也可以從氣泡的大小和出現(xiàn)率判斷泄漏量。在實際工作中，被測元件做好封堵工藝后接至氣源，打開截止閥向其內(nèi)部充氣加壓，使壓力達到測試壓力；將被測元件浸入顯示用液體中，一段時間后，觀察氣泡溢出的情況。另外，可用集氣容器放在泄漏位置收集氣泡，以一段時間內(nèi)的泄漏氣體體積判斷泄漏量。
（2）氣壓檢測法
先向被檢測元件內(nèi)部充入壓縮空氣，再通過檢測內(nèi)部氣體壓力的變化來達到檢測泄漏量的目的。氣壓檢測法又可以分為絕對壓力法和差壓法。
a.絕對壓力法。
該方法常用于測量壓力容器的總漏率，其工作原理是向被檢元件內(nèi)充氣，使壓力達到一定值（工作壓力值），將被檢容器隔離，測量一定時間內(nèi)元件內(nèi)氣壓的下降值，以此計算出泄漏量。若測試壓力過高，需使用大量程的壓力表，因而測量精度受限。同時，因測量過程中溫度的變化，會引起測量誤差。
b.差壓法。
其方法是設(shè)置一個基準(zhǔn)物，用差壓傳感器連接基準(zhǔn)元件和被檢元件。測量時首先向被檢元件和基準(zhǔn)元件同時充入壓縮空氣達到相同的測試壓力（工作壓力），使差壓傳感器兩側(cè)氣壓平衡。再將基準(zhǔn)元件和被測檢元件與氣源隔離，一段時間后，由于被檢元件的氣體泄漏，差壓傳感器兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，根據(jù)傳感器的信號得出泄漏量。
（3）氦質(zhì)譜檢測法
該方法是用氦氣做示漏的氣體，充入被檢元件內(nèi)，并將被檢元件置于真空容器中，若發(fā)生泄漏，氦元素便通過真空容器被質(zhì)譜檢漏儀檢測到，通過測量氦元素量計算泄漏量。其方法精度較高，一般用于密封要求苛刻的場合。
2.現(xiàn)場管路系統(tǒng)泄漏量檢測
在壓縮空氣系統(tǒng)的工作現(xiàn)場，常常需要判斷系統(tǒng)的總泄漏量，而不是將每個疑似泄漏的元件或設(shè)備都拆下來檢測，這就需要對管路系統(tǒng)進行整體或局部的測量。
（1）流量監(jiān)控法
流量監(jiān)控法是評估壓縮空氣系統(tǒng)泄漏量的最直接和最精確的方法，該方法可實時檢測系統(tǒng)泄漏量，但事先需要在管路系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧髁坑嫽蛄髁總鞲衅鳎僮鞑粔蜢`活。
直接通過流量計檢測系統(tǒng)的流量來判斷系統(tǒng)泄漏量，可以在系統(tǒng)正常運行時將流量傳感器通過預(yù)先安裝好的閥門插入到管道中。利用數(shù)據(jù)記錄儀對泄漏量進行實時測試，也可以對系統(tǒng)正常生產(chǎn)時的系統(tǒng)負荷波動情況進行連續(xù)記錄，進而得知系統(tǒng)的泄漏量，以及占空壓機產(chǎn)氣量的比例。
對于帶有加、卸載功能的空壓機的系統(tǒng)，可以在系統(tǒng)停產(chǎn)期間運行一臺空壓機，通過記錄空壓機功率的方法來評估系統(tǒng)的泄漏量。
（2）系統(tǒng)壓力測試法
這種方法是通過測量管路系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣的壓力變化來檢測泄漏量。使用這種方法先要估算系統(tǒng)的總體積，包括所有的儲氣罐和系統(tǒng)管路的體積。測試在生產(chǎn)設(shè)備停止時進行，先啟動空壓機供氣至現(xiàn)場管路，使壓縮空氣從各個泄漏點排出，當(dāng)壓力升高至測試初始壓力并穩(wěn)定后，停止空壓機運行并開始計時，記錄系統(tǒng)壓力下降至一定測試終止壓力值的時間，最終通過限定時間內(nèi)壓力的變化計算出現(xiàn)場管路的總泄漏量。
（3）基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測法
盡管測試流量是最直接和準(zhǔn)確的泄漏量檢測方法，但常用流量計都是串聯(lián)式的，當(dāng)需要串聯(lián)接入到被測管路中時，安裝拆卸工作量大，在工業(yè)現(xiàn)場難以被采用；而使用系統(tǒng)壓力測試法的一個主要問題是，氣動系統(tǒng)的總體積難以準(zhǔn)確估計。采用基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式檢測方法即可避免這些問題，測試裝置只需要并聯(lián)接入到被測管道上，拆卸方便。
其檢測原理是，測量回路是由基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路、壓力及壓力微分測量回路構(gòu)成，基準(zhǔn)流量產(chǎn)生回路的三個電磁換向閥分別控制著三個節(jié)流孔，它們的大小不同，在一定的壓力下能分別產(chǎn)生不同的基準(zhǔn)流量，其作用是匹配被測系統(tǒng)的實際泄漏量。壓力及壓力微分測量回路通過壓力傳感裝置實時測量管路中的壓力值，根據(jù)基準(zhǔn)流量發(fā)生前后管路中的壓力變化計算出實際泄漏量。其步驟首先是向被測設(shè)備管路充氣至工作壓力，停止供氣，等待一段時間直到管路中溫度恒定，然后關(guān)閉基準(zhǔn)流量回路，測量設(shè)備管路中的壓力差和泄漏時，最后打開基準(zhǔn)流量回路，測量設(shè)備管路中的壓力變化和泄漏時間來確定系統(tǒng)管路的泄漏量。
這種方法現(xiàn)場操作簡單、高效，檢測儀器響應(yīng)迅速，只要使用的壓力傳感器精度高，該方法的測量精度就高。不但可以測量管路系統(tǒng)整體泄漏量，也可以并聯(lián)到局部管路上，對局部系統(tǒng)或單個設(shè)備進行泄漏量的檢測。
（二）泄漏點的定點檢測
用泄漏量檢測法判斷了壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏后，接下來的任務(wù)就是要查找泄漏源，才能對泄漏點進行處理。
1.傳統(tǒng)方法
（1）涂液法
利用氣泡泄漏法的原理，通過壓差使涂刷的液體產(chǎn)生氣泡來顯示泄漏的位置，即將涂刷的液體（一般是肥皂水）涂刷在管路疑似泄漏的部位，觀察有無氣泡產(chǎn)生，從而判斷泄漏位置。在涂刷顯示液體時，要讓液體慢慢流到被檢部位，以防止液體本身產(chǎn)生氣泡。對于法蘭連接處，必須將法蘭間的所有縫隙涂滿顯示液，以免漏檢。
（2）聽聲法
在泄漏現(xiàn)場直接用耳朵辨別氣體泄漏發(fā)出聲音的位置，也可用木質(zhì)的探棒等簡單工具放在耳邊和管路的外壁之間，監(jiān)聽聲音來源。聽聲法可能是最簡單最普遍的方法，但當(dāng)現(xiàn)場的環(huán)境噪聲干擾很大，泄漏源較多、室內(nèi)環(huán)境較小或泄漏量比較小時都會使泄漏源可聽聲難以辨別，所以靈敏度很低。
2.聲發(fā)射泄漏檢測法
傳統(tǒng)的泄漏定位方法雖然操作簡單，但自動化程度低，效率低下，檢測也不夠準(zhǔn)確，聲發(fā)射泄漏檢測定位是目前最為行之有效的方法。
壓縮空氣在泄漏位置向外噴射時，與泄漏孔或裂紋摩擦形成聲源，聲源向外輻射形成聲波。聲發(fā)射泄漏檢測便是根據(jù)這種連續(xù)的聲波信號來判斷泄漏的大小和泄漏源的位置。
聲發(fā)射泄漏檢測的是高頻的超聲波，作為被檢信號，超聲波本質(zhì)上與可聽聲沒有區(qū)別，也是一種機械波，在傳播介質(zhì)中，泄漏點在某一瞬間所具有的壓力與沒有聲波存在時該點的壓力之差形成聲差，超聲波的聲壓在超聲波傳播的過程中會發(fā)生衰減現(xiàn)象。
泄漏的聲發(fā)射波頻帶范圍分布隨泄漏源大小、泄漏內(nèi)外壓差不同而不等，為避免環(huán)境中可聽聲的干擾，檢測中利用聲發(fā)射傳感器接收這些泄漏超聲波信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，電信號經(jīng)過電路中的濾波，放大等處理，再轉(zhuǎn)化成人能夠看到或聽到的信號，如信號顯示燈或可聽聲。
聲發(fā)射傳感器為壓電傳感器，利用超聲波在壓電材料中傳播時的機械效應(yīng)，產(chǎn)生感聲電極化，將聲波的振幅轉(zhuǎn)化為相應(yīng)比例的電壓信號。傳感信號與聲壓大小成正比，信號衰減與泄漏的聲源距離有關(guān)，因此通過傳感器檢測到的信號大小便可以判斷泄漏源的位置。聲發(fā)射泄漏檢測法就是利用上述基本特性，在檢測中通過改變傳感器的方法和信號處理方法來達到泄漏定位的目的。
聲發(fā)射泄漏檢測的方法有：
（1）按不同類型傳感器分類檢查方法有接觸式探頭測量法和定向探頭測量法。
接觸式探頭測量法是將接觸型傳感器探頭安裝在容器壁上，當(dāng)氣體泄漏時會通過泄漏位置產(chǎn)生應(yīng)力波，在管路或容器壁上以蘭姆波的形式傳播，而傳感器接收到這種應(yīng)力波，將其轉(zhuǎn)換成可檢測的電信號。
定向探頭測量法是使用空氣耦合型超聲波傳感器直接在空氣中檢測超聲波。雖然這種傳感器相對于接觸式傳感器靈敏度偏低，但該方法更適合于壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏檢測，因為氣動現(xiàn)場管路復(fù)雜，泄漏位置也多出現(xiàn)在不便于安裝傳感器的位置。
（2）按不同的定位技術(shù)分類檢查方法分為衰減定位法和時差定位法。
衰減定位法只需要單個傳感器，利用超聲波聲壓衰減具有方向性的規(guī)律，用超聲探頭在距離泄漏源較遠的地方掃查，調(diào)整探頭方向直到尋找到信號的最大值，則探頭指向就是泄漏源位置。
時差定位法要用兩個以上的超聲波傳感器，可以較為準(zhǔn)確地確定泄漏源的位置，常用的有幅度衰減法，互相關(guān)法等。互相關(guān)法是通過波形分析和頻譜分析，利用數(shù)學(xué)互相關(guān)的方法來確定泄漏源信號到達傳感器陳列個傳感器的時差，進而確定泄漏源的位置。
（3）聲發(fā)射泄漏檢測法的特點。
可遠距離、非接觸式進行檢測。可以長期、連續(xù)、整體監(jiān)測。其檢測的對象是直接的泄漏源信號，而不是通過外部輸入對泄漏進行掃查。
三、泄露的防治
1.建立預(yù)防和治理的意識
泄漏的存在并不可怕，關(guān)鍵在于建立對泄漏的正確認(rèn)識，以及對氣動系統(tǒng)定期檢查和維護工作的具體實施。
在工廠，完全堵死泄漏不現(xiàn)實，即使采取大規(guī)模的堵漏措施，半年后泄漏仍然會重新出現(xiàn)。所以，對企業(yè)而言，堵漏工作應(yīng)該常態(tài)化，必須將其作為一項日常工作來實施，這樣才能將泄漏動態(tài)地控制在最低水平。一般而言，將壓縮空氣管路泄漏量控制在系統(tǒng)總供氣量10%以下作為必須達到的目標(biāo)。
對現(xiàn)場工作人員，應(yīng)結(jié)合泄漏的損失加強其泄漏防治意識，進行基本的泄漏檢測培訓(xùn)，杜絕由于防漏意識淡薄而產(chǎn)生的不必要能耗損失。
2.泄漏控制技術(shù)
對泄漏的控制應(yīng)當(dāng)從氣動元件和設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝、運行及維護各方面開展，針對壓縮空氣系統(tǒng)工作現(xiàn)場，除了結(jié)合具體的泄漏定量檢測和定位檢測方法進行排查工作外，還要應(yīng)用相應(yīng)的泄漏控制技術(shù)。
（1）預(yù)防性泄漏檢測和維修
泄漏經(jīng)常發(fā)生在接頭盒連接部位，有時只需要擰緊管道連接部位就可以消除泄漏，有時則需要更換存在問題的部分，如聯(lián)軸節(jié)、管道附件、管段、軟管、接頭盒疏水器等，所以減少系統(tǒng)泄漏的第二步就是建立預(yù)防性泄漏檢測和維修機制。
（2）應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備
通過應(yīng)用節(jié)氣設(shè)備降低壓縮空氣泄漏，例如：采用具有自動控制功能的節(jié)氣型排水管，既可達到及時排除管道中冷凝水的目的，又可防止多余的壓縮空氣泄漏。
（3）切斷不必要的氣源供應(yīng)
不再使用的用氣設(shè)備仍然連接在供氣管路上時潛在的泄漏源，應(yīng)該立即與管路隔離開。另外，當(dāng)用氣設(shè)備停止運行時應(yīng)及時切斷該設(shè)備與氣源供應(yīng)的連接，這樣可以最大限度地降低用氣設(shè)備內(nèi)部的泄漏。
（4）降低并穩(wěn)定系統(tǒng)供氣壓力
在保證用氣設(shè)備正常工作壓力的同時，降低系統(tǒng)供應(yīng)壓力，因為作用在小孔的壓力越低，通過該小孔泄漏的壓縮空氣流量就越小。
3.各部門相互配合，定期開展工作
（1）必須整個工廠一起參與現(xiàn)場管路的改善活動，以明確泄漏點的位置。
（2）定期進行全面的泄漏檢查，每周管路維護工作中進行漏氣檢查，白天車間休息的空間或下班后也可不定期地進行泄漏檢測。
（3）以科室、車間為單位，開展泄漏點檢查和泄漏知識培訓(xùn)，定期進行現(xiàn)場防漏改善。
（4）在節(jié)假日或長假期間，檢查有無泄漏聲音，管道、設(shè)備設(shè)置場所的墻壁有無變色。
4.檢漏經(jīng)驗
（1）注意泄漏點的常見位置：軟管（75%）、過濾器（15%）、閥門（10%）。
（2）注意設(shè)備的內(nèi)部泄漏、聯(lián)結(jié)位置、閥門、電磁換向閥等處的少量泄漏。
（3）發(fā)出聲音的泄漏要立即處理。
（4）用手遮擋時能感到的氣流要引起注意。
（5）無負荷狀態(tài)下，空壓機短時間發(fā)生加載運轉(zhuǎn)時肯定有泄漏。
（6）為減少維護開支，用肥皂水能檢查到的泄漏有時可以忽略。
（7）埋設(shè)的管道無法檢查其是否泄漏，因此管道盡量不要埋設(shè)。
（8）用氣系統(tǒng)、設(shè)備不開機時，用一次側(cè)的ON/OFF閥停止送氣。
