我国是世界橡胶工业大国，2008年轮胎产量5.5亿，预计2020 年中国将占世界轮胎产量40%。在轮胎生产流程中，压缩空气作为动力源占据了整个工厂耗电量30%~40%。2007年轮胎工业用压缩机耗电量高达50亿度，折合电费约30亿元人民币。由于我国大多企业对气动能耗问题认识不足，节能意识淡薄，在轮胎生产流程中存在压缩空气使用浪费严重，其现象主要有如下表现：

1.在泄漏问题上，工厂中的泄漏量通常占供给量的10%~50%，尤其在工作环境恶劣的硫化车间，泄漏量甚至远远超过设备需要用气量。其中，泄漏量的90%以上来自设备使用中的零部件老化或破损，查明泄漏和堵住泄漏是一个经常性的工作。

2.压缩机的合理配置对节省用电非常重要。通常，为使输出压力波动小，很多压缩机采用吸气阀关闭卸载方式。这种方式在没有供气的情况下也仍需消耗40%~70%额定功率的电力，浪费较严重。另外，压缩机群的合理运行对削减电力也至关重要。而这些在工厂的实际操作中基本都被忽略，保证压力成为大多数工厂对压缩机管理的唯一要求。

3.由于管道压力损失不确定，设备启动存在流量高峰等等原因，压缩机的供气压力有时比现场要求压力高出0.2~0.3?MPa，浪费极其严重。有时也会为了少数几台压力要求高的设备，而整体调高供给管道的压力。在成型机中，扇形块等供气压力0.72?MPa，但轮胎定型、反包胶囊充气仅为0.12?MPa，而目前供气压力统一为0.75?MPa，这在能源使用配置上不合理，非明智之举。

4.吹干喷嘴在半制品车间被大量使用，其耗气量十分巨大。通常，喷嘴在使用过程中存在供气管道过长、供给压力过高、用直铜管做喷嘴等问题。另外，现场人员很容易为了追求大冲击力而擅自扩大喷嘴喷口、提高供给压力，从而造成很大的用气浪费。所以，与泄漏一样，喷嘴也应成为日常管理的一个对象。

5.在气动设备中存在用气不合理的现象也比较突出，例如成型机等存在不工作也不间断供气现象，硫化机从0.7?MPa减压到0.35MPa使用的现象非常普遍，从工艺上把握设备的实际需要压力和最低耗气量是使设备耗气合理化的前提。有报告指出，由于设备用气不合理导致的平均浪费估计为供气量的20%。

图1  压缩空气泄漏检测仪器a）压缩空气泄漏点扫描枪  b）智能气体泄漏检测仪

针对橡胶制造业工厂气动系统存在的以上问题，北航SMC节能环保中心研发出如下节能技术：

空气泄漏检测技术

泄漏检测技术分为：泄漏点的检测技术与泄漏量检测技术。

泄漏点的检测技术：利用超声波的指向性，融入智能识别功能，可以准确地判断出泄漏点所在位置。

泄漏量检测技术：采用并联接入式离线测量技术，通过测量基准流量发生前后管路中气体的压力变化来计算气体的泄漏量，并自动生成相应的电能损失量，测量误差能控制在5%以内。其相关产品压缩空气泄漏点扫描枪及智能气体泄漏检测仪如图1所示。

压缩空气系统分压供气及局部增压技术

分压供气是根据压缩空气系统所需压力分别进行供气的一种方式。现代工厂中通常使用一组空压机为全厂提供压缩空气，由于各处所需压缩空气的压力不同，所以供气压力须为压缩空气系统所需的最高压力，对于需要低压的场合，则用减压阀进行减压，如此会造成巨大的能量损失。供气压力每增加0.1MPa，空压机耗能将增加5%~10%，同时，压缩空气系统还将额外增加耗气14%（泄漏增加和部分未接减压阀设备耗气增加）；

目前工业现场实施“分压供气、降低供给压力”进行节能改造主要采取如下两种方式：一种是空压机分组供气，即将一个空压机组分为几组，每组根据用气设备的需求提供不同压力的压缩空气；第二种是局部增压，即气源提供低压空气，局部采用如图2所示增压设备进行增压为需求高压空气的设备供气。

气枪节能技术

压缩气体经由减压阀向喷嘴供气，气罐内的压力为0.5~0.7?MPa，经过减压阀后供给喷嘴空气压力为0.2~0.4?MPa。由气动功率理论，压缩气体在通过减压阀时有效能减小，如：空气经过减压阀从0.5?MPa降到0.2?MPa，有效能损失39%。实验验证：将气动喷嘴的连续气流改为具有矩形波流量的间歇气流，避免了原减压阀处的能量损失，并当矩形波气流具有最优的频率和占空比时，可节省50%以上压缩空气，同时提高除杂效率。

该中心提出了一种自振荡回路为气动喷嘴提供间歇气流，取代减压阀，避免了原减压阀处的能量损失，提高了能量利用效率。

图2  增压设备

压缩机运行优化技术

对空压机房采用基于专家系统的压缩机群智能控制系统。该系统配备下位机功能以确保最低供气压力，配备压力变化预测功能以提前控制，配备自学习功能自适应24小时用气需求、自适应调整上限压力，配备智能加卸载功能避免多台压缩机同时卸载等。该系统区别于一般的台数控制器或智能控制器，除具备台数控制功能外，还可对每台压缩机设置控制参数以匹配各种压缩机的运行要求，从而达到专家级操作人员控制水平，使得压缩机群运行能耗最小，以实现对压缩空气系统源头——空气压缩机群——的最优节能运行，最大限度地降低企业压缩空气系统的能量消耗。

压缩空气流量计量管理技术

为了进一步推动节能减排工作，企业需要对供往压缩空气系统各终端（生产车间）的压缩空气的流量进行计量管理，以减少泄漏，提高压缩空气的有效使用效率。尤其在能源短缺问题日益突出的今天，对压缩空气的流量进行计量管理有着重要的意义。

由于轮胎企业管道距离长，采用一种无线传送技术（没有通信费）对各车间入口流量计的流量信号进行采集和无线发送，以代替人工抄表。该计量管理系统采集周期可达数秒，除传送流量瞬时值外，还传送累计值，并具备针对气动系统的一些独特功能：1）自学习每天各时段流量，对流量的异常变动进行实时报警；2）对平均流量的波动进行分析，对泄露量的增长进行监测。

北京航空航天大学SMC节能环保中心由北京航空航天大学与SMC（中国）有限公司于2008年1月联合成立，专门从事工业领域压缩空气系统的节能技术研究，目前已研发出一套全面、系统的压缩空气系统成套节能改造技术。在对北京、山东、浙江多家企业工厂的节能改造中，均实现30%左右的节能，取得了良好的社会效益及经济效益。

我国压缩空气系统年耗电量高达2000亿度，大多数企业中，工业压缩空气系统的能源利用率很低，普遍存在着严重的浪费，节能潜力非常巨大，根据当前我国的压缩空气系统应用状况，采用该节能技术体系，我国工业压缩空气系统每年至少节约用电400~800亿度，折合电费280~560亿元/年。

在轮胎行业中，北京航空航天大学SMC节能环保中心研发的压缩空气系统成套节能技术在对山东盛泰集团工厂实施应用后，经过一年的监测与计量，该技术使得压缩空气单位产量耗电量减少33.14%，折合211万元人民币。此外，北航SMC节能环保中心正在与奇瑞汽车、中铝国际、戴卡轮毂等多家大型企业开展合作，争取为我国的节能减排事业做出更大的贡献。