众所周知，空压机吸收的电能大约有15%转化为压缩空气，其余85%以热量的形式流失。尽管效率低，在许多行业中压缩空气的使用仍然非常流行。压缩空气系统用户面临的挑战是获得最佳的效率，并尽可能降低相关成本(能源、维护)。因此，监控正确的KPI是当今任何能源经理或工厂所有者必须具备的。在本文中，我们将阐明如何监控主要KPI，并将进一步研究几个关键KPI：效率、压力损失和泄漏。

压缩空气系统KPI有助于您跟踪和提高系统性能

关键绩效指标(KPI)是变量或度量，通过这些变量或度量，可以测量和分析组织、机器和/或过程的绩效。例如，KPI可以是每个时间单位的特定生产数量，也可以是公司从特定产品上获得的利润数量。

KPI仪表板就像是飞机飞行员的简化驾驶舱。它及时提供正确的信息，您可以依靠这些信息来做决定。例如:如果整体系统效率是关闭的，你可以仔细查看主控制器的设置。如果消耗明显高于正常水平，或者你看到一个压力事件，此刻你就需要查看你的生产线或与工厂的操作人员交谈。如果露点是关闭的，修理/维修干燥机或检查是否大小合适。对于每个问题都有许多解决方案，KPI将很快告诉您实现的解决方案是否正确。更重要的是，KPI可以用于计算未来投资的ROI。这样，他们将有助于预测您未来压缩空气相关的能源成本。

对于压缩空气系统，一些重要的KPI是:

· 效率

· 露点

· 泄露水平

· 压力损失水平

· 每个产品/部件的生产成本

对于任何压缩空气系统来说，比功率(效率)、泄漏率和压力损失都是一个很好的起点，因此本文将进一步讨论这三个KPI：影响它们的因素是什么、如何测量它们以及如何解释它们。

KPI:空压机功率/效率

空压机比功率是指空压机输出量(产生的压缩空气量)与空压机功耗的比值。因此，KPI的计算方法是输入功率除以输出流量，用kW/m3/min表示。

具体功率在以下情况下很重要:

· 资产管理:当效率开始偏离最初的情况时，这可以看作是一个早期的警告信号(例如，需要更换离心机上的过滤器或内部热交换器)。

· 压缩空气气量：在这些合同中，效率是交易的一个重要部分。压缩机需要提供预先确定的X数量的空气和Y数量的功耗。

· 遵守：为了实现环境和二氧化碳减排目标，长期监测在世界范围内变得越来越重要。在这种情况下，政府也在立法方面发挥着关键作用，如中国的碳中和、加利福尼亚州的第24条法规和欧洲的能源效率指令。

· 验收测试:在实验室测试压缩机时(ISO1217)。

· 控制系统优化:由主控制器控制的一组给定压缩机，其效率应达到行业基准平均水平。

空压站效率与单个机器

当仪表预算有限时，您可以使用一个流量计来监控所有的空压机。这包括测量每台压缩机的功耗和测量主管道上的流量，即在干燥机和缓冲罐之后。把流量计放在主管道上的好处是，工厂的实际压缩空气消耗也被监测。这些信息可以用来确定泄漏情况，并使用直方图函数创建空气需求的“指纹”。

在这种情况下，重要的是要计算足够长的时间内的平均消耗，并将其除以平均功耗，因为加载/卸载将导致KPI中的波动。现代能源管理平台可以进一步细化这一点，将“负载”功耗划分为“卸载”功耗，并以适当的方式将其除以流量。我们建议将效率作为空气需求的函数，以查看您的系统是否处于最佳运行状态。

为了获得优化压缩机控制所需的更多见解，应该测量每个压缩机的流量。由于压缩机排出管条件恶劣，要特别注意流量计的选择和安装。

根据目标，可以监控整个空压室的效率，包括空气处理设备，或每台压缩机的效率。

总测量的不确定性，错误的传播，无聊的话题?

总测量的不确定性，传播的错误。对我们许多人来说，这些问题都留给数学家去解决。然而，当查看测量数据时，它们是极端重要的。特别是当涉及到空气压缩机的大型投资决策时，这一主题不应被低估，在比较效率数字时必须非常小心。

因此，在监测效率时，重要的是确定哪个精度水平是可接受的。所需的精度水平取决于该应用及大小。下面的示意图显示了所涉及的所有参数之间的(简化的)关系图，为了了解容积(即活塞、螺旋、涡旋)压缩机效率测量的复杂性。在ISO1217指令中，你可以阅读更多关于这个主题的内容，并找到其他指令，这些指令告诉你如何解释结果，置信区间，必须使用哪种类型的流量计，等等。

任何测量的总测量不确定度定义为被测量的统计变化。关于这个问题的进一步阅读，我们参阅“GUM”(测量数据的评估-测量不确定度表达指南，2008)。

图1所示. 显示如何测量容积式压缩机效率的相关流程图。图中显示了所涉及的所有参数以及它们如何影响测量效率。

系统性错误及其传播方式

每个被测信号都有自己的不确定度。那么系统误差对测量效率的影响是什么呢?让我们看一个简单的例子。我们要检查一台满载运行的44千瓦的机器的效率。我们使用功率计(±1%读数)和流量计(±5%读数)。效率的最大误差是多少?

如表所示，将系统误差考虑到极端情况，观测到的效率可以是5.9、6.2或6.6 kW/ Nm3/min。这是+/- 6%现在假设压缩机制造商测试了250 CFM压缩机，效率的允许偏差也是6%(见CAGI表)。最坏的情况，你可以购买一个压缩机有一个-6%的偏差输出流量。当用插入探针(+/-5%)测量时，你应该小心不要得出压缩机是错的，或者流量计是对的，反之亦然的结论。

错误的效率数字对可感知的年度成本有什么影响?在本例中，成本为0.06美元/千瓦时和8760年运行小时，该压缩机的“用电损耗容忍度”为每年+/- 1400美元。这可能会对您的决策产生影响:任何基于小于+/- 1400美元节能的(重大)决策都可能基于系统错误，所以这可能是一个“错误”的决策。如果这是一架飞机的高度计，而你是驾驶那架飞机的飞行员……当高度计精确到+/- 140英尺时，你会怎么做?你可能希望保持在最小280英尺(2倍的误差)。这也适用于为这个压缩机做决策;如果由于效率低下而导致的预计成本超过2800美元/年，那么是时候采取行动了。

如何考虑测量误差

最重要的是要诚实和透明，总是存在误差需要考虑。你应该一直投资于最精确的测量设备吗?是的，如果你需要根据ISO1217验证输出。在这种情况下，甚至建议聘请外部专家，因为除了流量和功率之外，还有更多的参数需要考虑。当趋向效率时，系统的测量误差是可以接受的。您可以看到效率随时间的变化，并监视服务工作是否达到了预期的效果。在这些情况下，比较的是相对数字，而不是绝对数字。

始终重要的是，传感器得到适当的维护，并保持长期稳定。传感器应该在超过时间的10倍(经验法则)的时间内保持稳定，以便能够看到系统退化造成的效率差异。因此，当您的资产退化5%需要一年的时间时，传感器的漂移每年应该小于0.5%。当流量传感器暴露在潮湿和肮脏的空气中，可能会污染或堵塞传感器时，应格外小心。这样可以缩短传感器的维护周期。

安装效果也是需要考虑的重要因素。一些技术，如插入探针和涡街仪，需要特定的管道运行才能准确。其他技术可能容易出现流体的振动和脉动。这些因素结合在一起会对测量不确定度产生巨大的影响，测量不确定度超过了规定的5%的精度，因此，在实际应用中，要满足ISO1217的要求往往具有挑战性。我们也看到过孔板流量计编程错误，导致效率值有30%的误差。这是一个简单的人为错误，对制造商和最终客户之间的关系造成了巨大的影响。

KPI:压力损失

另一个关键KPI是压力损失，因为低系统压力可能会导致由压缩空气驱动的机器和部件停止工作。因此，为了监测压力水平，在电站的不同位置进行测量是很重要的。特别是在压缩空气配管网络多年来不断扩大和/或管道使用过小的情况下。因此，建议在压缩空气管道系统的开始、中间和结束处安装压力/流量计。

生产停机时间总是很昂贵，这就是为什么为了安全起见，系统压力通常设置在(太)高的值上。但是，要记住，有了正排量空压机，每bar (14.5 psi)的压力增加，能源成本将增加7%。我们今天仍然看到，当在机器层面出现压力问题时，通常会增购空气压缩机，以提高压缩空气的容量和压力，这进一步增加了(能源)成本。然而，压力问题通常可以通过优化管径、安装储气罐和限制流量到不需要它的特定区域来解决。压力损失最严重的是过滤器。由于过滤器的阻力不断增加，如果不及时更换过滤器，将导致压降增加。

为了能够做出可靠的分析，流量测量与压力测量相结合是合适的方法。这使得精确地确定压力损失发生的位置和这些损失有多大变得容易。压力损失可能是由于管道太小(产生高流速)或过大的流量消耗造成的。考虑“多变量”流量计，因为它们通过设计提供压力信号。

KPI:泄漏

泄露检测仪是发现压缩空气泄漏的好工具，但它们仍然需要一个人在工厂周围走动。确定泄漏百分比的一个最简单的方法是，在工厂不运行时，观察压缩空气的使用量和/或流量，并将其除以平均生产流量。例如，在午餐休息时间，下班时间和周末。现代能源管理软件内置了检测算法，可以自动计算，所以你可以不用看就可以午休。

泄漏=[停机总流量]/[生产总流量]*100%

这也是有意义的，例如，比较在进行维护工作之前和之后的气流，这样你可以立即看到一个维修行动的财务结果。将泄漏量乘以总运行时间和成本，以预测每年的泄漏总成本。

由于泄漏百分比是一个相对的数字，流量计的绝对精度就不那么重要了。只要你有一个稳定可靠的传感器与线性信号输出，你总是可以计算百分比。如果传感器稳定，绝对值无关紧要。如果主控制器能够保持压缩机在相同的效率水平上运行，则主管道上流量减少4%意味着能量减少4%。此外，流量计的动态范围很重要，这就是为什么涡街流量计和差压式流量计不应该用于这种应用。热质量具有优越的测量范围，使其能够正确地检测泄漏。

结论

在监测KPI时，所需的传感器和传感器精度取决于应用程序。重要的是要理解传感器精度对计算KPI的影响，并正确地解释它们。在选择传感器时，需要知道它们对总误差预算的影响，以便做出正确的选择。对于一些KPI，比如泄漏率，流量传感器的绝对准确性就不那么重要了。此外，与差压或涡街流量计相比，热质量流量计更适合于泄漏监测。当KPI开始偏离目标水平时，先进的监控系统可以帮助进行自动计算和警报。

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