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轮胎企业压缩空气成本的分析和控制

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    1  前言
    压缩空气一般是由电机驱动空气压缩机(简称空压机,下同),将空气经过机械压缩而成的具有 一定压力和流量的介质。对企业而言,空气是没有成本的,但是从空气到压缩空气的转变需要利用 设备、厂房、电力、润滑油、冷却水、人工操作、维修和维护等来完成,因此压缩空气是有成本的。 本文对压缩空气的生产成本进行分析,并提出控制压缩空气成本的措施。
    2  压缩空气成本分析
    压缩空气的成本分析是相对的,因为不同企业空压机系统的投资不同,厂房各异,电费单价有 差异,人工成本有差别,而且空压机系统在不同环境产生的压缩空气的压力和品质不同,其成本就 有较大的差别。
    2.1 影响压缩空气成本的因素 影响压缩空气成本的因素有固定成本和可变成本两部分,其中固定成本包括空压机系统的投资、
厂房等固定资产的分摊部分;可变成本包括电费、油和水的消耗、操作、维护、维修等人工成本等。
    2.1.1 固定成本 在固定成本核算过程中,需要考虑的因素包括:与空压机系统相关的全部厂房的投资及使用年限;空压机系统的全部投资,包括在用及备用的空压机及控制系统,压缩空气储存及处理系统、输 送管道及减增压装置等。将这些固定成本根据其规定的使用年限折算出每年需要分摊的费用,然后 根据每年生产压缩空气的总量,核算出单位体积压缩空气分摊的固定成本。
    一般情况下,固定资产成本分摊的比例占单位体积压缩空气平均成本的 9%左右,如果备用设 备多或预留的厂房面较大,则此比例会适当增加。
    2.1.2 可变成本 可变成本需要考虑的因素较多,包括电费、油和水的消耗、操作、维护、维修等因素;而且相 同的因素在不同的企业、不同的时期又会有不同的变化,相对比较复杂,需要根据企业的具体情况 对照落实,才能得到比较准确的成本数据。正常情况下,可将空压机的操作和维护列入维护成本, 将所用电、油、水的消耗列入能源成本。
通常情况下,压缩空气需求量越大,需要运行和备用的空压机数量就越多,而空压机运行需要 的操作工和维修人员并不会同比例增加。因此,在空压机及厂房不变的情况下,压缩空气需求量越大,维护成本占单位体积压缩空气平均成本的比例越低。一般情况下,维护成本约占单位体积压缩空气平均成本的 14%左右。 在能源成本中,电费的支出比例最高。对轮胎生产企业而言,所用电源一般是大工业用电,其电价的组成主要包括电度电价、基金、基本电价及力调电价等四部分,基金对企业而言,在一定时 期内是固定的;电度电价随峰(尖峰)、平、谷不同时段的用电量比例不同而变化,基本电价会随每 个月用电总量上升(下降)分摊的费用而下降(上升),力调电价则随功率因数的提高(降低)而 降低(上升)。油、水的消耗对固定的机台基本一致,相对固定。一般情况下,电、油、水等能源 成本约占单位体积压缩空气平均成本的 77%左右。
    2.2 压缩空气成本的计算 压缩空气的平均成本可按照下面的公式进行计算: 压缩空气的平均成本=(固定成本+变动成本)÷每年产生的压缩空气总体积。 从上述的分析中可以看出,由于每个企业生产压缩空气的条件不一样,生产的天数和需要的压缩空气数量有差别,不同企业的压缩空气成本差别较大。费斯托(中国)有限公司根据上述公式计 算,压缩空气的平均成本为 0.133 元/Nm3。按照目前国内轮胎企业的实际情况推算,压缩空气的平 均成本会比此成本值高 10%~30%,即国内轮胎企业压缩空气的平均成本在 0.146 元/Nm3~0.173 元
/Nm3 之间。
    压缩空气的体积单位 Nm3 是指在标准条件下的气体体积,N 代表标准条件,即空气的条件为: 一个标准大气压、 温度为 ℃、相对湿度为 0%;Sm3   则是指对照条件下的气体体积,S 代表对照 条件,即可参考条件为:1 个标准大气压、温度为 20°C。
    3  压缩空气成本的控制
    从上述压缩空气的平均成本计算公式可以看出,要想控制压缩空气的成本,必须想法降低固定 成本和变动成本在单位体积压缩空气中的分摊比例。为此,可以通过以下五种途径进行控制:一是 提高空压机系统的利用率和效率,二是减少压缩空气的泄漏,三是提高压缩空气的质量,四是应用 气动节能技术和产品,五是进行压缩空气的循环和代用。
    3.1 提高空压机系统的利用率和效率 提高空压机系统利用率的目的主要是降低固定成本在压缩空气平均成本中所占的比例。因为每家企业在投产后,其空压机系统在一定时期内基本稳定,即与空压机系统相关的全部厂房、空压机 及控制系统、压缩空气储存及处理系统、输送管道及减增压装置等全部投资固定,则这些固定成本 在单位时间内需要分摊的费用固定,生产的压缩空气数量越多,单位数量的压缩空气分摊的固定成 本就越少,则压缩空气的平均成本就越低。
    提高空压机系统效率的目的则是降低可变成本在压缩空气平均成本中所占的比例。一般情况下, 在空压机正常运转时,每台空压机所消耗的电、油、水、人工操作、维修维护等数量或费用基本接 近,每台空压机的运行效率越高,单位时间内生产的压缩空气就越多,相应的单位数量的压缩空气 分摊的可变成本就越少,则压缩空气的平均成本就越低。为此,要通过优化压缩空气生产的效率、 降低压缩空气消耗、减少压缩空气输送过程中的压力损失、维护并优化压缩空气系统等措施减少压缩压缩空气产生的能耗;通过消除无计划停机,提高机器运转效率;通过精心维修、保养,保证设备正常运转,实现设备安全、长周期、经济运行,降低维修费用;通过科学管理,在设备数量不变 的情况下,在相同时间内的生产效率最高、动力及其它使用费用最低。只有提高空压机系统的利用率和生产效率,单位压缩空气所摊入的固定成本和可变成本才能降 低。因此,提高空压机系统利用率和生产效率是降低压缩空气成本最有效的措施。
    3.2 减少压缩空气的泄漏 压缩空气的作用主要体现在其压力和流量上,当压缩空气的压力和流量达不到使用标准时,就不能完成系统设定的动作,也无法满足工艺要求。而影响压缩空气压力和流量的因素除了压缩空气 系统的设计和空压机的选型配置外,最关键的因素就是压缩空气系统的泄漏。压缩空气系统的泄漏 不但影响系统的运行,更影响压缩空气的成本;压缩空气泄漏越多,被有效利用的部分则越少,则 完成相同产量使用压缩空气的成本就越高。
    为此,在压缩空气系统运行过程中,一定要及时检测和发现压缩空气泄漏点,并想法消除。漏 点消除的越多,被有效利用的压缩空气就越多,相应的压缩空气的总成本就会降低。据不完全统计, 在所有影响压缩空气成本的节能方法中,检测和减少泄漏可以占到成本影响的 42%;将压缩空气系 统设计成多种压力工作网络,减少高压压缩空气降压增加的成本占 12%;将压缩空气生产过程中的 热量进行回收利用,可以占总的节能成本的 10%;对负载率为 40%-80%的空压机增加变频控制装置, 可以占节能成本的 10%,其他节能措施占 26%。因此,减少泄漏是降低压缩空气成本最重要的措施。
    3.3 提高压缩空气的质量 压缩空气能否得到充分利用,除了减少泄漏外,还有一个重要因素就是保证压缩空气的质量。 影响压缩空气质量的主要指标是压缩空气的清洁度和干燥度,具体而言就是要控制压缩空气中颗粒、水、油等的含量。 压缩空气中的颗粒主要是固体物、微生物等,这些颗粒的存在会磨损气力系统的橡胶件,使尺寸小的气动元件堵塞,进而降低系统的可靠性,降低气动元件的使用寿命,降低执行元件的速度。 这些问题出现后,直接影响压缩空气系统的运行,间接增加了压缩空气的生产成本。
    压缩空气中的“水”在不同的环境和条件下,会有不同的存在状态。压缩空气中的水(湿空气) 会腐蚀元器件,使之锈蚀或产生故障;锈蚀会影响气动元件的动作,冲刷润滑脂,使密封圈膨胀变 形甚至损坏密封圈;在温度降低时会结冰,影响各类阀动作,也会降低系统的可靠性。一般情况下, 空气是可压缩的,水是不可压缩的(相对而言),因此压缩空气吸附水的能力取决于压缩空气的体积 和压力。一般以干燥度(即含水量或露点温度)来判定,而含水量或露点要求通常可以由干燥机来 实现,但是经过干燥后的压缩空气会有一定的损失量,会直接增加压缩空气的成本。目前,压缩空 气干燥装置有冷冻式干燥器和吸附式干燥器两类,经过吸附式干燥器干燥后,压缩空气的损失量在10%-15%之间,相当于增加成本 10%-15%。 压缩空气中的油脂主要来源于空压机润滑用的油脂和大气中一直存在的油脂(汽车、工厂的排放)等。压缩空气中的油脂会损坏密封圈,降低气动元件的使用寿命;会堵塞气动元件的微小结构,冲刷润滑脂,降低系统的可靠性和寿命,这些都会间接增加压缩空气的成本。 目前,对压缩空气的质量已经制定专门的气源质量标准,能做到对压缩空气中颗粒、水、油等的含量进行准确的测试,可以根据使用要求进行选择,从而有效控制压缩空气的质量和成本。
    3.4 应用气动节能技术和产品 为了有效降低压缩空气的成本,可以选择和应用适当的气动节能技术和产品。 首先是对现有的压缩空气系统进行再评价,包括对空压机的配置、管道的布局、压缩空气等级分类、干燥器的选择、终端设备的使用等,查找出与原设计的不符或存在的不合理,进行适当的调 整和纠正,可以达到合理使用压缩空气的目的。
    其次是根据生产设备的增加和运行情况,定期对压缩空气系统管路进行分析,以便对压缩空气 系统的生产效率、成本效率和取得的收益进行分析和改进。
    第三是加强对压缩空气系统的泄漏检测。由于压缩空气泄漏会直接导致压降影响生产设备运行, 进而增加空压机运行数量,使能耗(电费)增加、直接成本上升,因此可以采用超声泄漏检测,及 时发现漏点并进行消除。
    第四是使用流量监控产品,取得准确的即时数据,以便于规范管理和考核,控制压缩空气成本。 对压缩空气的计量,由于是压缩性流体,要求仪表必须将工作状况下的体积流量换算成标准状况下 的对应体积流量。目前,采用涡街流量计对压缩空气流量进行监控的效果比较理想。
    第五是应用其他气动节能产品。主要是选用合理的管道布局,尽量确保压缩空气管路的有效距 离最短,以减少压力损失;采用合适的管道材料,以减少压缩空气的管道阻力;选用合适的气缸及 执行元件,以提高压缩空气系统的效率;选用设计合理的快速插头,以减少泄漏及流量不均匀等。 据测算,与普通插头或接头相比,一个设计合理的快速插头,每年减少泄漏所产生的效益将超过 500 元,而一个企业压缩空气系统的接头则是成百上千甚至上万个,产生的综合效益可想而知。
    3.5 压缩空气的循环和代用 在轮胎生产过程中,部分工序像炼胶压片及胎面、内胎胎筒和型胶等,需要对半成品进行吹干、冷却,以避免码放后粘连。传统的方式大都采用压缩空气进行吹干、冷却,由于压缩空气是由 空压机生产、管道输送、阀门控制,最后才经过吹喷管进行吹喷,每经过一道环节,压缩空气效率 都会有所降低。因此采用压缩空气进行工艺吹干和冷却的能耗高、效率低,而且由于压缩空气本身 含有一定的水分和杂质,会影响半成品质量。如果采用离心通风机吹风代替压缩空气进行吹干和冷 却,不但高效节能,而且有利于保证半成品质量,并能加快车间内的空气流通。
    由于压缩空气的压力和流量降低到一定程度,就失去了利用价值,因此压缩空气回收、循环 的难度较大。在目前使用的轮胎机械范围内,可以在密炼机风动上顶栓的升降动作中实现二次压缩 空气的部分使用。
    密炼机气动上顶栓的升降是以压缩空气的压力产生动力,靠流量来保证速度。在上顶栓上升 时,依靠电磁阀控制,关闭上进风口,压缩空气从下进风口进入,迅速充满活塞下部的空间;靠压 力产生的动力推动活塞,带动上顶栓上升,活塞上部的压缩空气不断被排出;下顶栓下降时的动作与上升相反。由于上顶栓风缸的容量较大,每个炼胶周期上顶栓要升降 2~3 次,用风量较大。为此,可在原有上顶栓进行压缩空气回收装置的改进:上顶栓上下进风口及控制不变,在风缸的顶部和底 部各开两个与进风口内径一致的螺纹孔,用两根无缝钢管分别连接上下开口,在连接管中间部位按 相反方向分别安装单向阀,用光电开关和压力开关控制上下排风阀。当上顶栓开始动作时,排风阀 关闭,由于活塞两端风缸的容积在变化,使活塞两端的压缩空气产生压力差,风缸内的压缩空气通 过单向阀排向压力低的另一端。当两端压力接近一致时,排风阀打开,活塞在进风压力的作用下, 将活塞推向风缸的另一端。上顶栓这样动作时,风缸内有 35﹪左右的压缩空气成为二次能源被循环 使用,而且由于背压的存在,减轻了活塞对风缸端部的冲击。
    4 结语
    当今中国面临的最大问题有两个,一是贪污,二是浪费。贪污问题可交给纪委处理,而浪费问题则需要每个企业、每个人自行处理。在解决压缩空气浪费问题上,不能因为量小而不重视,必须 从源头查找原因,根据其产、输、储、用、管等环节进行分析,控制可以降低成本的因素,才能使 压缩空气的成本得以控制,进而降低轮胎生产的能耗成本。
    (王其营山东慧通轮胎有限公司 )

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