張劍，王其營

(中策橡膠（天津）有限公司，天津 300452)

壓縮空氣是輪胎生產(chǎn)過程中成本較高的動力介質(zhì)。為降低壓縮空氣的生產(chǎn)和使用成本,首先要控制壓縮空氣的單價,其次是減少壓縮空氣損耗及泄漏等無效部分,第三是將壓縮空氣的有效部分進(jìn)行合理利用,第四是適時、適當(dāng)用其他方式代替壓縮空氣。下面分別進(jìn)行闡述和分析。

1 壓縮空氣單價分析

計算壓縮空氣單價需要三個條件，一是要明確壓縮空氣的壓力或壓力范圍，因?yàn)閴毫Σ煌?，生產(chǎn)單位壓縮空氣的耗電量就不同；二是要明確空壓機(jī)在規(guī)定周期內(nèi)實(shí)際產(chǎn)生壓縮空氣的流量/體積，這是計算壓縮空氣單價的分母數(shù)；三是計算該周期內(nèi)所發(fā)生或分?jǐn)偟乃匈M(fèi)用，這是計算壓縮空氣單價的分子數(shù)；費(fèi)用（分子）與體積（分母）的商就是確定壓力范圍內(nèi)的壓縮空氣單價。

1.1 空壓機(jī)的實(shí)際產(chǎn)氣量

不同結(jié)構(gòu)的空壓機(jī)，其產(chǎn)氣量（容積流量）有明顯的差別。雖然每種品牌的空壓機(jī)都有其固定的容積流量，但是配置不同的干燥系統(tǒng)和輔助設(shè)施，隨著設(shè)備的磨損，空壓機(jī)的實(shí)際產(chǎn)氣量會發(fā)生變化；相同品牌和配置的空壓機(jī)，出口壓力不同，產(chǎn)氣量也有明顯的差別；相同品牌不同驅(qū)動配置的空壓機(jī)（如電機(jī)為工頻、變頻、永磁等），產(chǎn)氣量相同，耗電量差別較大。

正常情況下，在排氣壓力一定的前提下，空壓機(jī)的實(shí)際產(chǎn)氣量一般是其容積流量的80%～95%；如果設(shè)備狀況較差，則可能會低于80%。正常情況下，空壓機(jī)的實(shí)際產(chǎn)氣量可以按照容積流量的87.5%計算。

以A品牌雙級螺桿式節(jié)能空壓機(jī)（以下簡稱“A空壓機(jī)”）為例，在排氣壓力為8 bar（0.8 MPa）時，電機(jī)功率為250 kW,其容積流量為54 m3/min，則其實(shí)際產(chǎn)氣量可以按照47 m3/min（2 820 m3/h）進(jìn)行計算；在排氣壓力為12 bar時，電機(jī)功率仍然為250 kW,容積流量則為40m3/min，則其實(shí)際產(chǎn)氣量可以按照35 m3/min (2 100 m3/h)計算。

1.2 壓縮空氣的成本組成

壓縮空氣的成本涵蓋的范圍主要是在生產(chǎn)壓縮空氣過程中所發(fā)生的相關(guān)費(fèi)用總和，其組成要素主要包括以下五方面:

（1）驅(qū)動空壓機(jī)的電力、冷卻水等動力費(fèi)用

對于冷卻方式為風(fēng)冷的空壓機(jī)，直接考慮其用電費(fèi)用即可。正常情況下，在空壓機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，普通電機(jī)（即工頻運(yùn)行）的耗電量是額定功率的90%左右；如果是變頻控制運(yùn)行，則是額定功率的70%左右；如果是永磁電機(jī)運(yùn)行，則是額定功率的60%左右。以A品牌空壓機(jī)(水冷)為例,電機(jī)額定功率為250 kW，在工頻滿負(fù)荷情況下的耗電量約為225 kWh/h，變頻情況下為175 kWh/h，使用永磁電機(jī)則為150 kWh/h；空壓機(jī)冷卻的軟化水用量約為35 m3/h，按照5%的能量損耗折算，則消耗軟化水為1.75 m3/h。如果按照電費(fèi)單價為0.75元/kWh（下同）、軟化水單價16元/t計算，則A品牌空壓機(jī)按照工頻、變頻、永磁電機(jī)配置的動力費(fèi)用分別為197元/h、159元/h、141元/h。

（2）運(yùn)行及維護(hù)的人工成本

由于空壓機(jī)是系統(tǒng)運(yùn)行，且自動化程度較高，運(yùn)行時需要的人員相對較少。如果每臺空壓機(jī)的運(yùn)行及維護(hù)人員（包括部門管理人員）按照0.15人/臺分配（四班三運(yùn)轉(zhuǎn)，平均每人每月上22個班，每班8 h），平均人工成本（包括工資、險金及福利等）為9 000元/人月，則每臺空壓機(jī)的運(yùn)行及維護(hù)人工成本為：

9 000×4×0.15÷22÷24≈10（元/h）。

（3）空壓機(jī)的維保、備件等費(fèi)用

螺桿式空壓機(jī)的故障率相對較低、可靠性較高，但是對維護(hù)保養(yǎng)的要求比較嚴(yán)格。為確保維保質(zhì)量，一般都是由空壓機(jī)生產(chǎn)商或?qū)I(yè)單位提供備件并維護(hù)和保養(yǎng)。

正常情況下，每臺螺桿式空壓機(jī)每年的維保、備件等費(fèi)用在5萬元左右，按照空壓機(jī)每年運(yùn)行350天計算，則每臺空壓機(jī)均攤維保、備件等費(fèi)用為：

50 000÷350÷24≈6（元/h）。

（4）空壓機(jī)、管道及配套設(shè)施、廠房等固定資產(chǎn)的折舊費(fèi)用

空壓機(jī)的折舊費(fèi)用主要包括空壓機(jī)、干燥機(jī)、管道及配套設(shè)施的采購、安裝費(fèi)用，以及空壓站廠房的建設(shè)及其他費(fèi)用等。

一般情況下，干燥機(jī)、管道及配套設(shè)施等的采購、安裝費(fèi)用是空壓機(jī)價格的50%左右，空壓站廠房的建設(shè)及其他費(fèi)用（均攤）是空壓機(jī)價格的2倍左右。

假設(shè)A品牌空壓機(jī)的購買價格是41萬元/臺，則每臺空壓機(jī)涵蓋的固定資產(chǎn)為：

41×(1+50%+2)=143.5（萬元）。

按照平均年限折舊法提取折舊，折舊年限統(tǒng)一按照20年計算（也可分別計算），則每臺空壓機(jī)均攤的折舊費(fèi)用為：

143.5×10 000÷20÷350÷24≈9(元/h）。

（5）分?jǐn)偟墓芾碣M(fèi)用及其他費(fèi)用

對于管理費(fèi)用及其他費(fèi)用的分?jǐn)偙壤?，不同企業(yè)的算法不盡相同，既使相同企業(yè)不同時期的算法也不一樣。為便于分析，可以按照上述費(fèi)用總和的20%進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

1.3 壓縮空氣單價的計算

按照壓縮空氣單價計算方法，以A品牌空壓機(jī)為例，按照壓力分別為8 bar和12 bar分類，電機(jī)分別按照工頻、變頻、永磁電機(jī)配置計算，詳細(xì)數(shù)據(jù)見下表1。

表1 不同配置空壓機(jī)在不同排氣壓力下的壓縮空氣成本明細(xì)表

1.4 壓縮空氣成本分析和控制

從上表可以看出，相同的空壓機(jī)，在排氣壓力、電機(jī)配置不同的情況下，壓縮空氣的成本各不相同。例如，A品牌空壓機(jī)在出口壓力為8 bar時，工頻驅(qū)動的壓縮空氣單價為0.094元/m3，變頻驅(qū)動為0.078元/m3，永磁電機(jī)驅(qū)動為0.071元/m3；在壓力為12 bar時，工頻驅(qū)動時的壓縮空氣單價為0.127元/m3，變頻驅(qū)動為0.105元/m3，永磁電機(jī)驅(qū)動為0.095元/m3；即壓縮空氣的壓力越高，其成本單價也越高。在壓力相同的情況下，采用工頻驅(qū)動時的壓縮空氣成本最高，變頻其次，永磁電機(jī)最低。

因此，從壓縮空氣成本角度分析，輪胎生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該根據(jù)壓縮空氣的最大需求量和壓力選擇空壓機(jī)的型號和臺數(shù)；對不同的壓力需求，應(yīng)分別輸送，以免把壓力高的壓縮空氣減壓使用造成成本上升；在條件具備時，應(yīng)適時對現(xiàn)有空壓機(jī)進(jìn)行變頻或永磁電機(jī)改造，才能使壓縮空氣的單位成本得到有效控制。

2 壓縮空氣損耗及泄漏的成本分析及應(yīng)對措施

壓縮空氣損耗及泄漏是最直接的效益損失，相當(dāng)于壓縮空氣系統(tǒng)中的無效部分。因此，在壓縮空氣輸送過程中，應(yīng)盡量減少損耗；在使用過程中，必須想法減少泄漏。

2.1 壓縮空氣損耗的成本分析及應(yīng)對措施

壓縮空氣的損耗主要體現(xiàn)在經(jīng)過管道、彎頭、變徑、閥門等部位時所造成的壓力損失。

從上表可以看出，如果壓力從12 bar降至8 bar，A品牌空壓機(jī)在工頻運(yùn)行的情況下，壓縮空氣的成本損失將達(dá)到0.033元/m3（0.127～0.094元/m3，下同）；在變頻運(yùn)行的情況下，壓縮空氣的成本損失將達(dá)到0.027元/m3；在永磁電機(jī)運(yùn)行的情況下，壓縮空氣的成本損失將達(dá)到0.024元/m3。

A品牌空壓機(jī)在出口壓力為12 bar時，每小時出氣量為2 100 m3；如果因?yàn)檩斔蛽p耗將壓力降至8 bar，則在工頻運(yùn)行情況下的效益損失為：0.033元/m3×2 100 m3/h=69.3元/h，每天損失1 663.2元，每年損失582 120元；在變頻運(yùn)行情況下的效益損失為：0.027元/m3×2 100 m3/h=56.7元/h，每天損失1 360.8元，每年損失476 280元；在永磁電機(jī)運(yùn)行情況下的效益損失為：0.024元/m3×2 100 m3/h=50.4元/h，每天損失1 209.6元，每年損失423 360元。有些輪胎生產(chǎn)企業(yè)為減少設(shè)備投資，經(jīng)常采用將壓縮空氣從高壓降至低壓使用。按照上述計算，其壓力降低的效益損失比較大。

針對于此，輪胎生產(chǎn)企業(yè)在壓縮空氣生產(chǎn)時，應(yīng)該將高低壓壓縮空氣分別生產(chǎn)和輸送，這樣可以避免壓縮空氣降壓的效益損失。在空壓站（空壓機(jī)）選址時，應(yīng)盡量選在所有使用壓縮空氣工序的中間區(qū)域，這樣可以縮短輸送距離，減少輸送損耗。輸送管道管徑選擇要適宜，在保證流量和壓力的前提下減少管道投資；如果管徑選擇過小，會造成壓縮空氣的壓力損耗加大。在管道敷設(shè)時，應(yīng)盡量減少彎頭、變徑、閥門等的使用，以免增加壓力損失。管道排水閥門應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)最低點(diǎn)并及時排水，以確保壓縮空氣質(zhì)量，冬季還可以防止管道結(jié)冰。通過采取上述措施，可以減少壓縮空氣管路損耗造成的效益損失。

2.2 壓縮空氣泄漏的效益損失及應(yīng)對措施

由于壓縮空氣無色無味，輕微的泄漏不易發(fā)現(xiàn)，但是其效益損失卻是在無形中持續(xù)加大。

據(jù)測算，壓力為8 bar的壓縮空氣，如果開一個直徑為1.13mm的通孔（其截面積約為1 mm2），壓縮空氣泄漏量將達(dá)到86.62 l/min(即壓力為8bar壓縮空氣的出氣量為0.086 6 m3/min.mm2，5.2 m3/h.mm2，124.7 m3/d.mm2)，每年（按照350個工作日計算，下同）泄漏量則高達(dá)43 658.6m3；按照工頻運(yùn)行的壓縮空氣單價0.094元/m3計算，每年的損失將達(dá)到4 104元。如果輪胎生產(chǎn)企業(yè)所有的漏點(diǎn)折合截面積為1 mm2的通孔為50個（實(shí)際漏點(diǎn)會超過此數(shù)值），則全年因泄漏造成的損失將高達(dá)205 195元，相當(dāng)于22名員工一個月的人工成本，而這些損失卻是在無形中產(chǎn)生的。

為此，企業(yè)在管道安裝時，務(wù)必選用質(zhì)量可靠的管道、管件、閥門、安全閥及氣動元件等；在管道焊接時，確保無砂眼、虛焊；在使用時，閥門及時關(guān)閉，及時查漏、測漏和堵漏，全方位消除漏點(diǎn)，則可以在一定程度上減少壓縮空氣泄漏造成的損失。

3 壓縮空氣的合理利用

由于壓縮空氣的成本較高，所以在使用過程中一定要做到適得其所、物盡其用。

3.1 合理選擇壓縮空氣的參數(shù)

在輪胎生產(chǎn)過程中，要想使壓縮空氣得到合理利用，首先要確保壓縮空氣的參數(shù)符合工藝要求，否則可能會影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和壓縮空氣的使用效果。正常情況下，對壓縮空氣的參數(shù)要求包括壓力、流量、干燥度、清潔度四方面。

壓縮空氣的壓力是產(chǎn)生動力的基礎(chǔ)。根據(jù)輪胎生產(chǎn)工序的不同要求，任何需要壓縮空氣的地方，對壓縮空氣的壓力都有相應(yīng)的要求。如果壓力過低，就達(dá)不到以壓縮空氣的壓力產(chǎn)生作用力的目的；相反，如果壓力過高，不但浪費(fèi)電量還有可能造成氣動元件的損壞。據(jù)測算，對螺桿式、活塞式空壓機(jī)，降低0.1 MPa的輸出壓力，就可以使空壓機(jī)節(jié)電7%～10%。

壓縮空氣的流量是保證速度的前提。在實(shí)際使用壓縮空氣的場合，壓縮空氣的流量應(yīng)與需要相匹配。如果流量過小，就達(dá)不到以壓縮空氣的流量產(chǎn)生速度的目的；相反，如果流量過大，則相應(yīng)的速度就會過快，不但存在不安全因素，而且還會造成壓縮空氣的浪費(fèi)。

干燥度是衡量壓縮空氣含水量或露點(diǎn)溫度的參數(shù)。在輪胎生產(chǎn)過程中，不同工藝和工序?qū)β饵c(diǎn)溫度的要求不同。壓縮空氣的露點(diǎn)要求通常由干燥機(jī)來實(shí)現(xiàn)，干燥機(jī)的效率和效果也直接影響壓縮空氣的成本。

清潔度是對壓縮空氣品質(zhì)的要求，要求壓縮空氣所含的固體物、油霧、微生物、有害氣體等不能超出規(guī)定范圍。一般由過濾器、油霧分離器等裝置來達(dá)到清潔度的要求。

3.2 壓縮空氣的使用

在傳統(tǒng)的輪胎生產(chǎn)過程中，各工序都需用壓縮空氣；壓縮空氣的用量較大，成本占總動力費(fèi)用的比例較高。

在煉膠工序，壓縮空氣主要用在碳黑輸送、密煉機(jī)上下頂栓的動作、膠片浸泡隔離劑后的吹干以及氣動元件的動作等。在碳黑輸送及氣動元件動作時，壓縮空氣必須干燥、清潔；對密煉機(jī)上下頂栓的動作、膠片浸泡隔離劑后吹干所用的壓縮空氣，應(yīng)保證其壓力穩(wěn)定、流量合適。

在壓延工序，壓縮空氣主要用在氣動元件動作的執(zhí)行，要求干燥、清潔、壓力及流量穩(wěn)定；在壓出工序，用于經(jīng)冷卻水槽浸泡或噴淋后的型膠吹干、氣動元件動作的執(zhí)行等，要求壓縮空氣清潔，不能含有油、水或其他雜質(zhì)。

在成型工序，壓縮空氣主要用于裁斷機(jī)、包布機(jī)、層貼機(jī)、成型機(jī)等設(shè)備的動力介質(zhì)或氣動元件的執(zhí)行，要求壓縮空氣清潔、無雜質(zhì)，壓力和流量穩(wěn)定。

在外胎硫化及內(nèi)胎生產(chǎn)工序，壓縮空氣主要用于模具吹噴、胎坯及內(nèi)胎的定型、外胎硫化后的充氣冷卻以及氣動元件的執(zhí)行等，要求壓縮空氣壓力穩(wěn)定、流量適當(dāng)。同時要控制好模具吹噴管噴頭內(nèi)徑，以免因噴頭內(nèi)徑過大，造成壓縮空氣的浪費(fèi)。例如，將孔徑為16 mm（半徑8 mm）的噴頭縮小為8 mm（半徑4 mm），在吹噴時每分鐘可以節(jié)約壓縮空氣的體積為：0.086 6×丌（82-42）≈13(m3/min）。假設(shè)每臺硫化機(jī)模具吹噴頻率為1.5 h/次，每次需要1 min，則每天需要吹噴16次，則每臺硫化機(jī)每天就可以節(jié)約壓縮空氣208 m3，每年就可以節(jié)約72 899 m3,節(jié)約價值6 843元。

為節(jié)約壓縮空氣，必須適時控制好壓縮空氣的流量和壓力，及時關(guān)閉閥門（縮短使用壓縮空氣的時間）；同時對流量開關(guān)及壓力開關(guān)進(jìn)行集中實(shí)時監(jiān)控、時段采集網(wǎng)絡(luò)控制，這樣既能檢測所有設(shè)備的壓縮空氣使用狀態(tài)，又能對現(xiàn)場存在的異常耗氣進(jìn)行排查，消除不合理用氣問題，提高壓縮空氣的使用效率，降低使用成本。

3.3 壓縮空氣的計量

從上面壓縮空氣單價計算部分得知，壓縮空氣必須準(zhǔn)確計量，才能取得準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，得出科學(xué)的考核依據(jù)。目前，壓縮空氣流量計有渦輪、渦街、孔板、熱式氣體、金屬管浮子等結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)和型號選擇，則是以壓縮空氣管道直徑、流量、壓力、工作環(huán)境等實(shí)際情況進(jìn)行選擇。通常情況下，輪胎生產(chǎn)企業(yè)計量壓縮空氣使用渦街流量計和孔板流量計的較多。

渦街流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、輸出脈沖信號受外界影響小、壓力損失低、便于安裝和維修等特點(diǎn)，適用范圍較廣。

孔板流量計又稱為差壓式流量計，是由一次檢測件(節(jié)流件)和二次裝置(差壓變送器和流量顯示儀)組成，廣泛應(yīng)用于氣體、蒸汽和液體的流量測量。具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，性能穩(wěn)定，使用可靠等特點(diǎn)。

隨著智能化技術(shù)的進(jìn)步，壓縮空氣計量目前可以做到智能化計量，為企業(yè)精細(xì)化管理、降低能耗成本打下了基礎(chǔ)。

4 壓縮空氣的代用

隨著工藝的改進(jìn)和設(shè)備性能的升級，傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)過程中使用壓縮空氣的部位有一部分被其他方式或能源代替，其成本所占總動力費(fèi)用的比例逐步下降。

4.1 密煉機(jī)上頂栓氣改液改造

以GK270密煉機(jī)上頂栓氣動改液壓為例進(jìn)行說明。據(jù)統(tǒng)計，正常情況下，GK270密煉機(jī)氣動上頂栓耗用壓力為8 bar的壓縮空氣約500 m3/h，每天約12 000 m3。如果按照工頻運(yùn)行空壓機(jī)產(chǎn)生的壓力為8 bar壓縮空氣成本0.094元/m3計算，每天壓縮空氣的耗用成本為1 128元。

改為液壓上頂栓后，不再使用壓縮空氣，但是每小時增加電量25 kWh，每天增加600 kWh，耗電成本為450元。

與節(jié)約的壓縮空氣成本相比，密煉機(jī)上頂栓氣改液后，每天可以降低成本678元。每年按照350天計算，可以降低成本237 300元，改造的效益比較明顯。

4.2 吹風(fēng)管改用離心式通風(fēng)機(jī)

在煉膠壓片及型膠（包括胎面、胎側(cè)、內(nèi)襯層、氣密膠、墊帶及膠囊膠條等）的壓出過程中，需要對膠片及型膠進(jìn)行吹干、冷卻，以避免碼放后粘連。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式都是采用壓縮空氣吹干、冷卻，而壓縮空氣經(jīng)過空壓機(jī)生產(chǎn)、管道輸送、閥門控制，最后才通過吹噴管吹噴；每經(jīng)過一道環(huán)節(jié)，壓縮空氣的效率都會有所降低；而且由于壓縮空氣本身含有一定的水分和雜質(zhì)，也會影響吹干效果。

為此，可采用離心通風(fēng)機(jī)吹風(fēng)代替壓縮空氣進(jìn)行吹干和冷卻。根據(jù)半成品吹干和冷卻的用風(fēng)量選擇型號合適的離心通風(fēng)機(jī)，并在原安裝壓縮空氣吹噴管外側(cè)的合適位置固定；制作并固定專用吹噴管，風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)通過吹噴管上的開口將半成品吹干。

如果壓縮空氣吹噴管開口（孔或槽）的截面積總和為60 mm2，則吹噴管每小時耗用8bar的壓縮空氣為：

5.2 m3/h.mm2×60 mm2=312（m3/h）；

則耗用壓縮空氣的成本為29.33元/h。

如果用7.5 kW的離心通風(fēng)機(jī)吹風(fēng)代替壓縮空氣進(jìn)行吹干和冷卻，按照0.8的功率因數(shù)計算，則每小時的耗電成本為：

7.5×0.8×0.75=4.5（元/h），效益節(jié)約達(dá)到85%。

同時，離心通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)取源于車間內(nèi)部，含水量小，有利于保證半成品質(zhì)量；同時加快了車間內(nèi)部的空氣流通，有利于職工健康。

5 結(jié)語

從上述分析可以看出，要降低壓縮空氣的使用成本，首先要控制好壓縮空氣單價，這是降低壓縮空氣使用成本的基礎(chǔ)；其次是合理配置系統(tǒng)，減少泄漏和損耗，這是降低壓縮空氣使用成本的關(guān)鍵；第三是合理使用壓縮空氣，做到物盡其用，這是降低壓縮空氣使用成本的根本；第四是做好壓縮空氣的適時代用，這是降低壓縮空氣使用成本的捷徑。成本與每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有關(guān)，需要我們把握好每一個壓縮空氣的相關(guān)環(huán)節(jié)。