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輪胎企業壓縮空氣成本的分析和控制

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    1  前言
    壓縮空氣一般是由電機驅動空氣壓縮機(簡稱空壓機,下同),將空氣經過機械壓縮而成的具有 一定壓力和流量的介質。對企業而言,空氣是沒有成本的,但是從空氣到壓縮空氣的轉變需要利用 設備、廠房、電力、潤滑油、冷卻水、人工操作、維修和維護等來完成,因此壓縮空氣是有成本的。 本文對壓縮空氣的生產成本進行分析,并提出控制壓縮空氣成本的措施。
    2  壓縮空氣成本分析
    壓縮空氣的成本分析是相對的,因為不同企業空壓機系統的投資不同,廠房各異,電費單價有 差異,人工成本有差別,而且空壓機系統在不同環境產生的壓縮空氣的壓力和品質不同,其成本就 有較大的差別。
    2.1 影響壓縮空氣成本的因素 影響壓縮空氣成本的因素有固定成本和可變成本兩部分,其中固定成本包括空壓機系統的投資、
廠房等固定資產的分攤部分;可變成本包括電費、油和水的消耗、操作、維護、維修等人工成本等。
    2.1.1 固定成本 在固定成本核算過程中,需要考慮的因素包括:與空壓機系統相關的全部廠房的投資及使用年限;空壓機系統的全部投資,包括在用及備用的空壓機及控制系統,壓縮空氣儲存及處理系統、輸 送管道及減增壓裝置等。將這些固定成本根據其規定的使用年限折算出每年需要分攤的費用,然后 根據每年生產壓縮空氣的總量,核算出單位體積壓縮空氣分攤的固定成本。
    一般情況下,固定資產成本分攤的比例占單位體積壓縮空氣平均成本的 9%左右,如果備用設 備多或預留的廠房面較大,則此比例會適當增加。
    2.1.2 可變成本 可變成本需要考慮的因素較多,包括電費、油和水的消耗、操作、維護、維修等因素;而且相 同的因素在不同的企業、不同的時期又會有不同的變化,相對比較復雜,需要根據企業的具體情況 對照落實,才能得到比較準確的成本數據。正常情況下,可將空壓機的操作和維護列入維護成本, 將所用電、油、水的消耗列入能源成本。
通常情況下,壓縮空氣需求量越大,需要運行和備用的空壓機數量就越多,而空壓機運行需要 的操作工和維修人員并不會同比例增加。因此,在空壓機及廠房不變的情況下,壓縮空氣需求量越大,維護成本占單位體積壓縮空氣平均成本的比例越低。一般情況下,維護成本約占單位體積壓縮空氣平均成本的 14%左右。 在能源成本中,電費的支出比例最高。對輪胎生產企業而言,所用電源一般是大工業用電,其電價的組成主要包括電度電價、基金、基本電價及力調電價等四部分,基金對企業而言,在一定時 期內是固定的;電度電價隨峰(尖峰)、平、谷不同時段的用電量比例不同而變化,基本電價會隨每 個月用電總量上升(下降)分攤的費用而下降(上升),力調電價則隨功率因數的提高(降低)而 降低(上升)。油、水的消耗對固定的機臺基本一致,相對固定。一般情況下,電、油、水等能源 成本約占單位體積壓縮空氣平均成本的 77%左右。
    2.2 壓縮空氣成本的計算 壓縮空氣的平均成本可按照下面的公式進行計算: 壓縮空氣的平均成本=(固定成本+變動成本)÷每年產生的壓縮空氣總體積。 從上述的分析中可以看出,由于每個企業生產壓縮空氣的條件不一樣,生產的天數和需要的壓縮空氣數量有差別,不同企業的壓縮空氣成本差別較大。費斯托(中國)有限公司根據上述公式計 算,壓縮空氣的平均成本為 0.133 元/Nm3。按照目前國內輪胎企業的實際情況推算,壓縮空氣的平 均成本會比此成本值高 10%~30%,即國內輪胎企業壓縮空氣的平均成本在 0.146 元/Nm3~0.173 元
/Nm3 之間。
    壓縮空氣的體積單位 Nm3 是指在標準條件下的氣體體積,N 代表標準條件,即空氣的條件為: 一個標準大氣壓、 溫度為 ℃、相對濕度為 0%;Sm3   則是指對照條件下的氣體體積,S 代表對照 條件,即可參考條件為:1 個標準大氣壓、溫度為 20°C。
    3  壓縮空氣成本的控制
    從上述壓縮空氣的平均成本計算公式可以看出,要想控制壓縮空氣的成本,必須想法降低固定 成本和變動成本在單位體積壓縮空氣中的分攤比例。為此,可以通過以下五種途徑進行控制:一是 提高空壓機系統的利用率和效率,二是減少壓縮空氣的泄漏,三是提高壓縮空氣的質量,四是應用 氣動節能技術和產品,五是進行壓縮空氣的循環和代用。
    3.1 提高空壓機系統的利用率和效率 提高空壓機系統利用率的目的主要是降低固定成本在壓縮空氣平均成本中所占的比例。因為每家企業在投產后,其空壓機系統在一定時期內基本穩定,即與空壓機系統相關的全部廠房、空壓機 及控制系統、壓縮空氣儲存及處理系統、輸送管道及減增壓裝置等全部投資固定,則這些固定成本 在單位時間內需要分攤的費用固定,生產的壓縮空氣數量越多,單位數量的壓縮空氣分攤的固定成 本就越少,則壓縮空氣的平均成本就越低。
    提高空壓機系統效率的目的則是降低可變成本在壓縮空氣平均成本中所占的比例。一般情況下, 在空壓機正常運轉時,每臺空壓機所消耗的電、油、水、人工操作、維修維護等數量或費用基本接 近,每臺空壓機的運行效率越高,單位時間內生產的壓縮空氣就越多,相應的單位數量的壓縮空氣 分攤的可變成本就越少,則壓縮空氣的平均成本就越低。為此,要通過優化壓縮空氣生產的效率、 降低壓縮空氣消耗、減少壓縮空氣輸送過程中的壓力損失、維護并優化壓縮空氣系統等措施減少壓縮壓縮空氣產生的能耗;通過消除無計劃停機,提高機器運轉效率;通過精心維修、保養,保證設備正常運轉,實現設備安全、長周期、經濟運行,降低維修費用;通過科學管理,在設備數量不變 的情況下,在相同時間內的生產效率最高、動力及其它使用費用最低。只有提高空壓機系統的利用率和生產效率,單位壓縮空氣所攤入的固定成本和可變成本才能降 低。因此,提高空壓機系統利用率和生產效率是降低壓縮空氣成本最有效的措施。
    3.2 減少壓縮空氣的泄漏 壓縮空氣的作用主要體現在其壓力和流量上,當壓縮空氣的壓力和流量達不到使用標準時,就不能完成系統設定的動作,也無法滿足工藝要求。而影響壓縮空氣壓力和流量的因素除了壓縮空氣 系統的設計和空壓機的選型配置外,最關鍵的因素就是壓縮空氣系統的泄漏。壓縮空氣系統的泄漏 不但影響系統的運行,更影響壓縮空氣的成本;壓縮空氣泄漏越多,被有效利用的部分則越少,則 完成相同產量使用壓縮空氣的成本就越高。
    為此,在壓縮空氣系統運行過程中,一定要及時檢測和發現壓縮空氣泄漏點,并想法消除。漏 點消除的越多,被有效利用的壓縮空氣就越多,相應的壓縮空氣的總成本就會降低。據不完全統計, 在所有影響壓縮空氣成本的節能方法中,檢測和減少泄漏可以占到成本影響的 42%;將壓縮空氣系 統設計成多種壓力工作網絡,減少高壓壓縮空氣降壓增加的成本占 12%;將壓縮空氣生產過程中的 熱量進行回收利用,可以占總的節能成本的 10%;對負載率為 40%-80%的空壓機增加變頻控制裝置, 可以占節能成本的 10%,其他節能措施占 26%。因此,減少泄漏是降低壓縮空氣成本最重要的措施。
    3.3 提高壓縮空氣的質量 壓縮空氣能否得到充分利用,除了減少泄漏外,還有一個重要因素就是保證壓縮空氣的質量。 影響壓縮空氣質量的主要指標是壓縮空氣的清潔度和干燥度,具體而言就是要控制壓縮空氣中顆粒、水、油等的含量。 壓縮空氣中的顆粒主要是固體物、微生物等,這些顆粒的存在會磨損氣力系統的橡膠件,使尺寸小的氣動元件堵塞,進而降低系統的可靠性,降低氣動元件的使用壽命,降低執行元件的速度。 這些問題出現后,直接影響壓縮空氣系統的運行,間接增加了壓縮空氣的生產成本。
    壓縮空氣中的“水”在不同的環境和條件下,會有不同的存在狀態。壓縮空氣中的水(濕空氣) 會腐蝕元器件,使之銹蝕或產生故障;銹蝕會影響氣動元件的動作,沖刷潤滑脂,使密封圈膨脹變 形甚至損壞密封圈;在溫度降低時會結冰,影響各類閥動作,也會降低系統的可靠性。一般情況下, 空氣是可壓縮的,水是不可壓縮的(相對而言),因此壓縮空氣吸附水的能力取決于壓縮空氣的體積 和壓力。一般以干燥度(即含水量或露點溫度)來判定,而含水量或露點要求通常可以由干燥機來 實現,但是經過干燥后的壓縮空氣會有一定的損失量,會直接增加壓縮空氣的成本。目前,壓縮空 氣干燥裝置有冷凍式干燥器和吸附式干燥器兩類,經過吸附式干燥器干燥后,壓縮空氣的損失量在10%-15%之間,相當于增加成本 10%-15%。 壓縮空氣中的油脂主要來源于空壓機潤滑用的油脂和大氣中一直存在的油脂(汽車、工廠的排放)等。壓縮空氣中的油脂會損壞密封圈,降低氣動元件的使用壽命;會堵塞氣動元件的微小結構,沖刷潤滑脂,降低系統的可靠性和壽命,這些都會間接增加壓縮空氣的成本。 目前,對壓縮空氣的質量已經制定專門的氣源質量標準,能做到對壓縮空氣中顆粒、水、油等的含量進行準確的測試,可以根據使用要求進行選擇,從而有效控制壓縮空氣的質量和成本。
    3.4 應用氣動節能技術和產品 為了有效降低壓縮空氣的成本,可以選擇和應用適當的氣動節能技術和產品。 首先是對現有的壓縮空氣系統進行再評價,包括對空壓機的配置、管道的布局、壓縮空氣等級分類、干燥器的選擇、終端設備的使用等,查找出與原設計的不符或存在的不合理,進行適當的調 整和糾正,可以達到合理使用壓縮空氣的目的。
    其次是根據生產設備的增加和運行情況,定期對壓縮空氣系統管路進行分析,以便對壓縮空氣 系統的生產效率、成本效率和取得的收益進行分析和改進。
    第三是加強對壓縮空氣系統的泄漏檢測。由于壓縮空氣泄漏會直接導致壓降影響生產設備運行, 進而增加空壓機運行數量,使能耗(電費)增加、直接成本上升,因此可以采用超聲泄漏檢測,及 時發現漏點并進行消除。
    第四是使用流量監控產品,取得準確的即時數據,以便于規范管理和考核,控制壓縮空氣成本。 對壓縮空氣的計量,由于是壓縮性流體,要求儀表必須將工作狀況下的體積流量換算成標準狀況下 的對應體積流量。目前,采用渦街流量計對壓縮空氣流量進行監控的效果比較理想。
    第五是應用其他氣動節能產品。主要是選用合理的管道布局,盡量確保壓縮空氣管路的有效距 離最短,以減少壓力損失;采用合適的管道材料,以減少壓縮空氣的管道阻力;選用合適的氣缸及 執行元件,以提高壓縮空氣系統的效率;選用設計合理的快速插頭,以減少泄漏及流量不均勻等。 據測算,與普通插頭或接頭相比,一個設計合理的快速插頭,每年減少泄漏所產生的效益將超過 500 元,而一個企業壓縮空氣系統的接頭則是成百上千甚至上萬個,產生的綜合效益可想而知。
    3.5 壓縮空氣的循環和代用 在輪胎生產過程中,部分工序像煉膠壓片及胎面、內胎胎筒和型膠等,需要對半成品進行吹干、冷卻,以避免碼放后粘連。傳統的方式大都采用壓縮空氣進行吹干、冷卻,由于壓縮空氣是由 空壓機生產、管道輸送、閥門控制,最后才經過吹噴管進行吹噴,每經過一道環節,壓縮空氣效率 都會有所降低。因此采用壓縮空氣進行工藝吹干和冷卻的能耗高、效率低,而且由于壓縮空氣本身 含有一定的水分和雜質,會影響半成品質量。如果采用離心通風機吹風代替壓縮空氣進行吹干和冷 卻,不但高效節能,而且有利于保證半成品質量,并能加快車間內的空氣流通。
    由于壓縮空氣的壓力和流量降低到一定程度,就失去了利用價值,因此壓縮空氣回收、循環 的難度較大。在目前使用的輪胎機械范圍內,可以在密煉機風動上頂栓的升降動作中實現二次壓縮 空氣的部分使用。
    密煉機氣動上頂栓的升降是以壓縮空氣的壓力產生動力,靠流量來保證速度。在上頂栓上升 時,依靠電磁閥控制,關閉上進風口,壓縮空氣從下進風口進入,迅速充滿活塞下部的空間;靠壓 力產生的動力推動活塞,帶動上頂栓上升,活塞上部的壓縮空氣不斷被排出;下頂栓下降時的動作與上升相反。由于上頂栓風缸的容量較大,每個煉膠周期上頂栓要升降 2~3 次,用風量較大。為此,可在原有上頂栓進行壓縮空氣回收裝置的改進:上頂栓上下進風口及控制不變,在風缸的頂部和底 部各開兩個與進風口內徑一致的螺紋孔,用兩根無縫鋼管分別連接上下開口,在連接管中間部位按 相反方向分別安裝單向閥,用光電開關和壓力開關控制上下排風閥。當上頂栓開始動作時,排風閥 關閉,由于活塞兩端風缸的容積在變化,使活塞兩端的壓縮空氣產生壓力差,風缸內的壓縮空氣通 過單向閥排向壓力低的另一端。當兩端壓力接近一致時,排風閥打開,活塞在進風壓力的作用下, 將活塞推向風缸的另一端。上頂栓這樣動作時,風缸內有 35﹪左右的壓縮空氣成為二次能源被循環 使用,而且由于背壓的存在,減輕了活塞對風缸端部的沖擊。
    4 結語
    當今中國面臨的最大問題有兩個,一是貪污,二是浪費。貪污問題可交給紀委處理,而浪費問題則需要每個企業、每個人自行處理。在解決壓縮空氣浪費問題上,不能因為量小而不重視,必須 從源頭查找原因,根據其產、輸、儲、用、管等環節進行分析,控制可以降低成本的因素,才能使 壓縮空氣的成本得以控制,進而降低輪胎生產的能耗成本。
    (王其營山東慧通輪胎有限公司 )

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