2010年12月19日 星期日

空壓機氣冷改水冷,水冷改冰冷

在壓力比超過一的空壓機裏面,由於空氣溫度會明顯的上升,因此會採用多段壓縮並帶中間冷卻的方式來做,常見的冷卻方式有空氣冷卻,一般冷卻水冷卻,有些則直接用冰水來做冷卻.

三種不同的冷卻方式對空壓機的影響是什麼呢?主要是空壓機排氣溫度跟功率的影響.

這裡有一個習題,一壓縮機進氣壓力101.3 Kpa abs,進氣溫度27度C,進氣量1立方米/每秒,壓縮至排氣壓力為6800 Kpa abs,(1)若為單段絕熱壓縮,(2)為三段壓縮,每段壓縮機出口的氣體均冷卻到初始溫度,試求所需所需功率及排氣溫度.

單段壓縮:
所需功率為           (1.4/1.4-1)* (101.3*103*1)[(6800/101.3)(1.4-1/1.4)-1]=824.8KW.
出口排氣溫度       (273+27)*(6800/101.3) (1.4-1/1.4)=725C.


三段壓縮,具中間冷卻
所需功率為          (3*1.4/1.4-1)* (101.3*103*1)[(6800/101.3)(1.4-1/3*1.4)-1]= 524.1KW
各段壓力比          (6800/101.3)1/3=4.06       
出口排氣溫度      (273+27)(4.06) (1.4-1/1.4)=175C.

一段壓縮機跟三段壓縮機有中間冷卻消耗功率差300KW,排氣溫度差550度.
排氣溫度高除了耗電之外, 非常容易造成機件的潤滑不良及損壞,這裡有一篇空壓機油的規範

https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B95qHSWdKyjfMjQ2MTIyZGYtNmI1MS00NTA5LWJiZWItMjhhNTAzMzQ5M2Y1&hl=zh_TW

黏度最高的68號油閃火點是244度C,機油這個東西是溫度越高黏度越稀,保護機件的效果越差,因此若空壓機的排氣溫度因為散熱不好導致排氣溫度升高,連帶就會使機油變稀,機件就容易受損,如果更換機油的頻率又不夠的話,經常性的故障及大修是免不了的.

一些氣冷式的空壓機工作條件如何?被丟在機房的某一個角落,夏天的時候機房內的溫度可能高達40度,如果散熱鰭片沒有好好維護,排氣溫度就會飆得非常的高,到跳機的保護點前,機油都要在非常惡劣的條件下工作,培林的磨損比起冷卻良好的要大的太多,可能使用一段時間就要大修.花一大筆的錢.

用冷卻水塔來散熱的情況又是什麼呢?冷卻水塔可以提供的水溫受限於天氣的條件,無法突破濕球溫度的限制,在台灣冷卻塔可以提供的水溫差不多就是十幾度到30度左右,若冷卻水塔沒有好好維護,搞不好提供的水溫比氣冷的溫度還高,再加上冷卻水塔是開放式的系統,空壓機內中間冷卻器容易結垢,如果水處理做的不好,冷卻器結夠很厲害,效果等同於散熱不好,一樣會造成排氣溫度升高,壓縮機耗電增加及機油加速劣化,也非常容易故障及大修.

用冰水的好處呢?一般冰水主機可以提供的水溫大概在7~12度C左右,遠比氣冷或冷卻水塔可以提供的溫度來的低,加上冰水系統屬於密閉循環系統,空壓機的冷卻器結垢的機會可以說沒有,所以基本上也不用洗,再加上溫度低,機油較不容易劣化,機件的壽命得以確保,換油的頻率可以降低,換油的時間間隔也可以延長.

既然用冰水有這麼多好處,為什麼到處還有氣冷及一般水冷的空壓機呢?氣冷的初置成本比較低,不用建構水系統,不用配管,要建置冰水系統還必須有冰水可用,所以建置成本比前兩項都高,
如果老闆不了解,可能一開始就會選氣冷,一開始就可以先省一筆成本.有些工作的場所沒有冰水的,例如很多的中小企業,員工連吹冷氣的福利都沒有,哪來的冰水給空壓機用.

開放式的冷卻水塔如果好好維護,可以提供比氣冷式更低的溫度,排氣溫度不會比氣冷式高.但不好好維護的話,冷卻器經常在結垢,下場就跟氣冷的一樣.換句話講,要多花一些維修費.

空壓機廠商不見得喜歡客戶用冰水去冷卻它們的機器,基於自私的理由,如果原本每年都有冷卻器可洗及機油可以換,一段時間就有大修可以做,誰會傻的把錢往外推,空壓機設備公司業務端跟維修端的觀念也常常相左,業務不希望設備常常故障受客戶的責難,接下來才會有更多的銷售機會,維修則不見得這麼想,機器都不會故障要吃什麼?更何況現在各行各業的競爭激烈,在賣新機台的時候只要有兩家以上就會拼的死去活來,賣機台的利潤跟以前差很多,要靠後續的維修服務賺回來養公司的人.

最常聽到的一句話就是汽車業,說現在汽車公司賣車都只是衝業績,真正賺錢的是後續的保養維修,大部分的人是不可能會自己維修自己的汽車,就算會技術也不見得有設備跟場地,在ㄧ台汽車的使用週期中,後續的維修保養也會是一筆不小的費用.很多的設備也是相同的道理.

原本使用冷卻水系統的空壓機改吃冰水比較容易,算出冷卻需要的熱量再把冰水接上去就搞定,
可以得到機件壽命變長及空壓機耗電降低的好處.冷卻器基本上可以不要洗.因為不太會髒.做冰水當然也要成本,不過做冰水去吸收熱量必須耗的功比起空壓機耗電的減少都划得來,這個透過計算就可以得到結果.

氣冷的要改就比較麻煩,要先得到一些運轉的數據,然後選擇足夠冷卻能力的交換器,再把氣的管路及冰水管路接上去,如果原本的設備廠商願意改,那真是佛心來了,要好好嘉賞.
要是工程太浩大,也可以評估讓空壓機住冷氣房的可能性,降低空壓機的散熱溫度,也可以得到相同的效果.