一、前言
改革开放三十年来，我国经济规模和综合实力大幅增长，生产大幅提升，国际竞争力显著增强，去年奥运会的成功举办也极大地增强了我们民族的自信。但正如路甬祥院士所说，当前我国制造业、甚至整个国民经济的发展面临资源、能源和环境的严重制约，未来20年制造业的增长，如果单纯依靠数量增长，这是资源、能源和环境所不能承受的。因此我国必须依靠科技进步，采取绿色制造技术，在提高产品质量和附加值的同时，努力降低资源和能源消耗，这是未来制造业的发展方向、也是从制造大国走向制造强国的必由之路。
当前，我国1吨标准煤生产的GDP只有美国的28.6%、欧盟的16.8%、日本的10.3%，节能空间巨大。2005年底“十一五”规划中我国首次明确确定节能目标：“十一五”期间，万元国内生产总值能耗从1.22吨标准煤下降到0.98吨，平均年节能目标为4.4%。但2006年仅完成1.23%，2007年完成3.27%，2008年完成4.59%，剩下两年的节能压力非常巨大。2008年4月，全面修改的新节约能源法正式实施，将节约资源定为我国的基本国策。可以说，中国已经进入到一个全面推进节能减排工作的局面。
在这样一个背景下，可以预见今后几年，越来越多的产业领域、工厂都将改变现在不计能耗只顾发展的态势，开始着手采取措施，有计划有步骤地削减能耗。
以此为背景，在工业生产中占据工厂总耗电量10-20%，有些工厂甚至高达35%的压缩空气系统在我国将不可避免地会成为节能工作的对象。压缩空气系统由于其元器件价格低廉、系统构成及维护容易等特点，从70年代开始在工业自动化领域的应用逐步扩大，至今已形成全球年销售额约110亿美元的市场规模，在中国年销售额达到55亿人民币。但是，在原油日益高涨、能源问题突出的今天，压缩空气系统使用中浪费严重等问题也引起了人们的关注，压缩空气系统的节能在我国正成为一个重要而迫切的课题。
如图一、图二所示，压缩空气系统能耗的96%为工业压缩机的耗电，我国工业压缩机的耗电量2006年1800亿度，2007年高达2000亿度，约占全国总耗电量的6%。而当前GDP约为我国1.2倍的日本的工业压缩机耗电量仅为400亿度。这说明我们在调整产业经济结构的同时，还需大力提高压缩空气系统的能源利用效率。
在当前我国企业的压缩空气系统中，能源浪费主要表现为泄漏偏大、压缩机配置及运行仅以保压为目的、供给压力不合理、气枪喷嘴低效、设备用气存在浪费、现场工人用气成本意识淡薄等等问题。但表现最为明显、问题最为严重的是压缩空气泄漏。
在泄漏问题上，我国工厂中的泄漏量通常占供气量的20-40%，而管理不善的工厂甚至可能高达50%！图1为一家非常具有代表性的机电产品生产企业的用气分布图，其中泄漏量占比达到29%。
泄漏在现场广泛存在，有时一个汽车焊装车间的泄漏点就有数万个。通过对这些泄漏点进行排查，发现泄漏主要产生在橡胶软管接头、三联件、快换接头、电磁阀、螺纹连接、气缸前端盖等处，其现场照片如图2所示。
泄漏不是与生俱来的，而是在使用过程中随着零部件的老化或破损而形成。如图3所示，现场泄漏量的60-70%是寿命泄漏，来自使用了5年以上的设备；10-30%是在使用了1-4年的设备中发现的；而在设备安装阶段由于安装不当或产品允许泄漏等造成的泄漏仅占全部泄漏的5-10%。
由此可见，泄漏的存在并不可怕，需要的是我们对泄漏的正确认识，以及由此所需采取的对设备的定期点检和维护。在工厂，完全堵死泄漏不现实，即使采取大规模的堵漏运动，半年后泄漏仍会重新出现。所以，对企业而言，堵漏工作应该常态化，必须将其作为一项日常工作来实施，这样才能将泄漏动态地控制在最低水平。
三、泄漏损失及堵漏的经济效益
1）压缩空气的成本
压缩空气尽管来自于大气，不是资源性气体，但并非免费使用。为制造压缩空气，工业压缩机需要消耗大量的电力。同时，企业还需负担工业压缩机的购置费用、维护费用以及润滑油费用等。压缩空气的成本构成如图4所示，标准状态下每立方米压缩空气成本约为0.1元。
与煤气等资源性气体相比，0.1元/立方米的价格很低廉，但工业现场压缩空气的使用无所不在，用量巨大，一般企业在压缩空气上的成本每年也高达数百万到数千万元。如表1所示，某典型纺织企业一年压缩机用电高达1,415万元，由于行业利润低，该用电电费竟接近企业全年的利润总和。
表1 各行业典型企业的压缩机用电量
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行业典型企业 |
压缩机装机台数 |
平均运行功率 |
压缩机全年耗电 |
折合电费 |
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某纺织企业 |
9 |
2,090 kW |
2,021 万度 |
1,415 万元 |
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某橡胶企业 |
8 |
3,075 kW |
2,277万度 |
1,480万元 |
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某汽车企业 |
3 |
750 kW |
530万度 |
371万元 |
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某机加企业 |
3 |
724 kW |
680万度 |
612万元 |
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某冶金行业 |
7 |
8,260 kW |
6,200万度 |
1,860万元 |
2）泄漏的能耗损失
尽管泄漏占比大、压缩空气使用成本高，但现场管理人员对压缩空气成本没有意识或远远低估了泄漏造成的损失，这导致了当前在工业现场泄漏的广泛存在。
泄漏所造成的损失超出了大多数人的预想。比如，如图5所示，汽车点焊工位的一个焊渣在气管上导致的一个直径 1mm 的小孔每年导致的损失高达约3,525度电，几乎相当于两个三口之家的全年家庭用电。
3）堵漏的经济效益
如前所述，泄漏主要发生在橡胶软管接头、三联件、快换接头、电磁阀、螺纹连接、气缸前端盖等处。更换接头、清洗三联件中过滤器的自动排水阀、更换电磁阀等所需要的投资都不大，投资回收期往往只需几周到数月，如图6所示。
四、查漏堵漏的方法
堵漏的第一步是查漏，现在各企业基本采用耳听方式来判别设备是否泄漏。由于设备泄漏量与泄漏噪音并不成正比，尤其在设备工作时间，环境噪音大，而且螺纹连接处的大多数泄漏很难听见，当前的耳听方式局限性很大。
而且，如前所述，泄漏点随设备使用时间会不断增加，查漏和堵漏是一个经常性的工作。因此，便利、高效、实用的泄漏检测仪器对于减少泄漏、降低能耗具有非常重要的现实意义。
目前在国内，ECOSO品牌的泄漏监测仪和泄漏点扫描枪作为实用的查漏工具正在得到逐步推广。
ECOSO的智能气体泄漏检测仪SALT系列产品适用于使用压缩空气（压力0.2～1.0[MPa]）的所有工业设备、设备支线、车间及供气管道，可快速实时地检测出被测对象在当前工作压力下的气体泄露流量。该仪器是一种国内外首创的基于并联接入式的新型气体泄漏检测仪，勿需拆开设备供气管道，接入设备中任一闲置接口即可，安装方便，测试时间几十秒，迅速快捷。
图8 ECOSO的压缩空气泄漏点扫描枪
查出设备泄漏了多少后，要堵漏还需找出泄漏点。此时，ECOSO的压缩空气泄漏点扫描枪可以发挥作用。该扫描枪基于超声波定位原理，泄漏点定位精度可达到± 1cm ，误报率低于1%，完全不受气体泄漏超声波以外的电磁等信号的干扰，在设备电机等运转时也可正常扫描，方便实用。
查出泄漏量和泄漏点后，企业可根据投资回收期来判断是否需要更换设备中泄漏的元器件，或进行更换密封圈等维修工作，开展堵漏工作。
五、压缩空气系统节能的综合方案
2008年初，北京航空航天大学和SMC（中国）有限公司进行产学合作，针对压缩空气系统，成立了全国首个节能环保中心。该中心深入研究压缩空气系统合理化技术，面向全国气动用户快速推进和普及气动节能环保技术，促进行业健康发展。该中心对国内一家外资企业实施了全面的节能改造，使工厂每单位产量压缩机耗电量削减了34.5%，压缩机从原来的10.5台满负荷运行变为7.5台满负荷运行，3台压缩机完全停机。
这说明压缩空气系统节能成效显著。如能在我国广泛开展气动节能活动、普及气动节能技术，每年可为国家节约用电600亿度，折合金额360亿元，具有非常可观的经济效益和社会效益。
该中心正在针对我国汽车、纺织、电子半导体、加工机械等制造行业的大中型企业，以降低空气压缩机能耗为目的，结合各个行业特点研究切实可行的节能技术，制定一整套行之有效、易于实施、投资回收期小于一年的节能实施流程，将节能措施行业化、系统化、具体化、可操作化、可视化并进而规范化。
我们相信，只要气动元器件厂家、压缩机厂家、气动用户、大学研究机构各自负起责任、共同努力，压缩空气系统的能耗一定能在当前基础上实现大幅度的下降，为我国“十一五”节能目标的顺利完成做出贡献。