空压机余热回收利用技术规程

ICSJ88

CCS13.030.50

团体标准

T/QGCMLXXXX—XXXX

空压机余热回收利用技术规程

Technicalregulationforwasteheatrecoveryandutilizationofaircompressor

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

全国城市工业品贸易中心联合会发布

T/QGCMLXXXX—XXXX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定

起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

本文件由全国城市工业品贸易中心联合会提出并归口。

本文件起草单位：

本文件主要起草人：

II

T/QGCMLXXXX—XXXX

空压机余热回收利用技术规程

1范围

本文件规定了空压机余热回收利用技术规程的术语和定义、构成及原理、技术要求、工艺流程、测

试与验收。

本文件适用螺杆空压机余热回收利用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T151-2014热交换器

GB/T27698.1-2011热交换器及传热元件性能测试方法第1部分：通用要求

GB/T27698.2-2011热交换器及传热元件性能测试方法第2部分：管壳式换热器

GB/T27698.3-2011热交换器及传热元件性能测试方法第3部分：板式热交换器

GB/T28712.1-2012热交换器型式与基本参数第1部分：浮头式热交换器

GB50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范

GB50231-2009机械设备安装工程施工及验收通用规范

NB/T47004.1-2017板式热交换器第1部分：可拆卸板式热交换器

NB/T47008-2017承压设备用碳素钢和合金钢锻件

NB/T47009-2017低温承压设备用合金钢锻件

NB/T47010-2017承压设备用不锈钢和耐热钢锻件

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

螺杆空压机余热回收aircompressorwasteheatrecovery

螺杆空压机工作时产生的热量进行回收利用，通过油回收为主，气回收为辅,回收空压机由电能转

化为机械能所产生的热量。

4构成及原理

4.1系统构成

空压机余热利用系统包括：空压机余热回收机组、温控比例调节阀、电动阀、加压水泵。

4.2余热回收原理

空压机在正常的工作状态下将输入的能量进行转化，计算方法见附录A，将分离出来的高温高压油

气送入后置冷却系统，在后置冷却系统的作用下将高温高压油气进行冷却降温，冷却完毕后，润滑油被

分离出来，如图1所示为常规空压机冷却示意图。被分离出来的润滑油温度大约在70～90℃，在空压

机所产生的余热中，占据了相当大的一部分。对油路系统和气路系统进行升级改造，将原来的冷却器用

余热回收装置进行替代，将空压机产生的热量加以回收，图2为空压机余热回收原理图。

1

T/QGCMLXXXX—XXXX

净化空气

空气油气混合物

空气过滤器压缩主机油气分离器

油气

回油

冷却器压缩气体

图1空压机冷却系统

高温压缩气体终端使用

气路余热回收

气体

自来水

装置

油气

预热水

分离油路余淋浴

进油

装置热水保温水箱

空压机热回收供暖

zg装置锅炉补水

回油

其他

图2空压机余热回收原理图

4.3空压机余热回收机组工作原理

a)空压机启动状态：当空压机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时油冷却器旁通阀、余热机

组旁通阀关闭，冷却油不经过余热机组和油冷却器而直接进入空压机机头；

b)余热回收机组工作状态：

1)空压机运行一段时间后，冷却油温度开始升高，当油冷却器温度升高到余热机组旁通阀

的设定值时，此阀（及压缩气体冷却器旁通阀）自动打开，冷却油（压缩气体）进入余

热机组将热量传递给常温水（若有压缩气体余热回收装置，则常温水首先进入压缩气体

余热回收装置进行预热），然后进入下一流程；

2)如果经过余热机组热交换后冷却油的温度低于油冷却器旁通阀设定值，则不进入油冷却

器而直接进入空压机工作腔内；

3)如果经过余热机组进行热交换后的冷却油温度高于冷却器旁通阀的设定值，则先进入油

冷却器进行冷却，然后再进入空压机内进行循环；

4)通过余热利用机组与空压机所产生的高温油气进行换热获得热水，冬季可加热到50℃以

上，夏秋季节65℃以上。

c)余热机组停止工作状态：当余热利用机组装置不工作时，此时余热机组不进行热交换，冷却

油（压缩气体）仍然保持高温状态，于是冷却油经油冷却器旁通阀进入油冷却器冷却后再进

入空压机（压缩气体经旁通阀进入气体冷却器冷却后再进入下一流程），保证空压机正常运

行。

5技术要求

5.1热能回收技术

回收热量比例见表1，将压缩过程中的高温油气热能，通过热交换传递给常温水，实现热能回收利

用：

2

T/QGCMLXXXX—XXXX

a)电动机带动螺杆旋转，空气经过过滤器被吸入螺杆空压机中压缩成高压空气，并与循环油混

合形成高压高温油气混合气体，进入油气分离器；

b)油气混合气被分离成油气和空气后，其中的压缩空气经冷却器散热后供给用气点，而循环油

气在油气分离器中被分离，凝结成液态后，再经前冷却器散热及过滤器过滤，回到空压机完

成一个循环过程；

c)空压机余热回收机组是将高温循环油和高温压缩气体引入余热回收机组内，空压机运行过程

中所产生的热能被余热回收机组充分回收，同时空压机得以降温。

表1螺杆式空压机可回收利用热量的比例

总热量（100%）

难以利用热量（5.3%）可回收利用热量（94.7%）

热辐射损耗余热回收系统损耗油路系统气路系统

（2.1%）（3.2%）（72.8%）（21.9%）

5.2热交换器要求

5.2.1热交换器是余热回收系统的核心，基本参数符合GB/T28712.1-2012的规定，其作用主要是将

空压机系统运行过程中释放的热量进行回收，回收之后再与余热利用系统中主、副水箱中的冷却水进行

换热，实现热量的转移。

5.2.2热交换器用法兰采用碳素钢和低合金钢锻件及不锈钢锻件时，按NB/T47008-2017、NB/T

47009-2017、NB/T47010-2017的规定选用，并在图样上注明锻件级别(在钢号后附上级别符号,如2011)。

5.2.3板式热交换器符合NB/T47004.1-2017的规定，板式热交换器所有铭牌应以适合使用环境的金

属材料制作。

5.2.4管壳式换热器符合GB/T151-2014的规定。

6工艺流程

螺杆式空压机余热利用系统见图3，主要流程如下：

——在空压机原油（压缩气体）路系统的出口分别加装三通电磁阀，将机油（压缩气体）引出后

通过换热器实现换热；

——为提高安全系数，保留原有冷却系统，即空压机余热回收系统与原有冷却系统并联；

——经油气分离后，分离出的高温油经三通温控比例调节阀内的感温元件检测其温度；

——若高温油温度低于60℃，则不用进行余热回收，直接通过过滤器通往油路循环系统；

——若高温油温度高于60℃，则在进行余热回收后再进入油路循环系统；

——高温油进入余热回收系统时，分离出的高温气经三通阀通往气路余热回收系统，否则直接通

往原有冷却系统；

——换热系统中的水侧选用软水，防止因水质差造成管路积垢、腐蚀从而影响空压机的正常运行。

3

T/QGCMLXXXX—XXXX

图3换热流程图

7测试与验收

7.1测试条件

设备工作正常稳定、系统应严密、无泄漏。

7.1.1性能测试

7.1.2按GB/T27698.1-2011、GB/T27698.2-2011、GB/T27698.3-2011的要求对热交换器进行性能

测试。

7.1.3空压机可回收利用的热量包括两部分:空气冷却器内被循环冷却水带走的热量和油冷却器内被

循环冷却水带走的热量，即:

·······································································(1)

式中：

—为空压机可回收利用的总热量，kW；

—为空气冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW；

—为油冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW。

7.1.4余热回收利用按式（2）进行计算：

···········································································(2)

式中：

—空压机余热回收总热量，kj；

c—为水的比热容，kj/（kg·℃）；

—用水终端温差，℃；

m—终端用水量，kg。

7.2验收

7.2.1系统在试运转前应按规定进行检查，并符合下列要求：

a)在润滑系统清洗洁净后，应加注润滑剂，润滑剂的规格和数量应符合设计要求；

b)冷却水系统进、排水管路应畅通、无渗漏；冷却水水质应符合设计要求；供水应正常；

c)油压、温度、断水、电动旁通阀、过电流、欠电压等安全联锁装置应调试合格；

d)压缩机吸入口处，应装设空气过滤器和临时过滤网；

4

T/QGCMLXXXX—XXXX

e)应按规定开启或拆除有关阀件。

7.2.2空压机验收执行GB50275-2010、GB50231-2009的规定。

5

T/QGCMLXXXX—XXXX

A

A

附录A

（资料性）

能量转换

A.1除机械摩擦损耗外，电动机所耗电能全部转化为驱动轴的机械能(也叫轴功)，即:

·····································································(A.1)

式中：

—为电动机的功率，kW；

—为实际压缩过程所需轴功，kW；

—为电动机的机械摩擦损耗热量，kW。

A.2电动机的机械摩擦损失用机械效率来表征，即:

··································································(A.2)

式中：

—为电动机的机械效率。

A.3压缩所耗轴功一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能向外界放出。鉴于吸气口和排气口高

度差与空气流速差均很小，忽略空气重力位能和宏观动能的变化，根据理想气体状态方程和热力学第一

定律，理论压缩过程轴功为：

＇

（）·····································(A.3)

式中：

＇

—为理论压缩过程所需轴功，kW；

m—为空气质量流量，kg/s；

—为压缩过程终了空气的焓，kJ/kg；

—为压缩过程初始空气的焓，kJ/kg；

—为压缩过程向外界放出的热能，kW；

0.287—为空气的气体常数，kJ/(kg·K)；

n—为多变指数；

—为压缩过程初始空压的温度，K；

—为压缩过程终了空气的温度，K。

A.4在实际运行中，为减少轴功并增加运行可靠性，压缩过程都尽可能采用冷却措施，力求接近定温

压缩。但由于扰动、摩擦等不可逆因素的存在，实际压缩过程比理论压缩过程所需轴功要多，即:

＇

······································································(A.4)

式中：

—为空压机的定温效率。

A.5空压机轴功有4个去向:

a)设备外表面散热量；

b)空气冷却器内被循环冷却水带走的热量；

c)空气自身带出的热量；

d)油冷却器内被循环冷却水带走的热量，即:

·························································(A.5)

式中：

6

T/QGCMLXXXX—XXXX

—为设备外表面散热量，kW；

—为空气冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW；

—为空气自身带出的热量，kW；

—为油冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW。

A.6设备外表面散热主要包括机体、油气分离器及其管路、油冷却器、空气冷却器等四大部件外表面

的散热，即：

·························································(A.6)

式中：

—为机体外表面散热量，kW；

—为油气分离器及其管路外表面散热量，kW；

—为油冷却器外表面散热量，kW；

—为空气冷却器外表面散热量，kW。

A.7部件外表散热属于传热过程，散热量可根据传热方程确定，即:

·········································································(A.7)

式中：

Q—为部件外表面散热量，kW；

k—为部件表面传热系数，kW/(m2·K)；

A—为部件外表面散热面积，m2；

—为部件外表内外两侧冷热流体平均温差，K。

A.8空压机工作过程实际吸入的空气均含有水蒸气，即为湿空气。除空气冷却器外，其它部件内水蒸

气冷凝量均可忽略不计。对空气冷却器应用能量守恒定律，即:

···························································(A.8)

式中：

—为湿空气中干空气质量流量，kg干空气/s；

—为空气冷却器入口，湿空气的焓，kJ/kg干空气；

—为空气冷却器出口，湿空气的焓，kJ/kg干空气。

A.9湿空气的焓为干空气焓和水蒸气焓的总和，即:

····················································(A.9)

式中：

h—为湿空气的焓，kJ/kg干空气；

1.01—为干空气的平均定压比热，kJ/(kg干空气·K)；

T—为湿空气的温度，K；

d—为湿空气的含湿量，kg水蒸气/kg干空气；

2501—为0℃水的汽化潜热，kJ/kg水蒸气；

1.85为水蒸气的平均定压比热，kJ/(kg水蒸气·K)。

A.10湿空气的含湿量为：

（）·······················································(A.10)

式中：

—为湿空气的相对湿度，%；

—为水蒸气的饱和分压力，Pa；

P—为湿空气的绝对压力，Pa。

7

T/QGCMLXXXX—XXXX

A.11空气冷却器内湿空气温度一般在40℃～80℃之间，水蒸气冷凝放出的热量为:

·····························································(A.11)

式中：

—为空气冷却器入口湿空气的含湿量，kg水蒸气/kg干空气；

—为空气冷却器出口湿空气的含湿量，kg水蒸气/kg干空气；

—为饱和水的汽化潜热，40℃时为2407，80℃为2309，kJ/kg水蒸气。

A.12由式(A.8)可得出空气冷却器内被循环冷却水带走的热量为:

(A.12)

，······················································

A.13由式(A.1)和式(A.5)可得出油冷却器内被循环冷却水带走的热量为:

··················································(A.13)

8

T/QGCMLXXXX—XXXX

目次

前言.................................................................................II

1范围...............................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................1

3术语和定义.........................................................................1

4构成及原理.........................................................................1

5技术要求...........................................................................2

6工艺流程...........................................................................3

7测试与验收.........................................................................4

附录A（资料性）能量转换.............................................................6

I

T/QGCMLXXXX—XXXX

空压机余热回收利用技术规程

1范围

本文件规定了空压机余热回收利用技术规程的术语和定义、构成及原理、技术要求、工艺流程、测

试与验收。

本文件适用螺杆空压机余热回收利用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB/T151-2014热交换器

GB/T27698.1-2011热交换器及传热元件性能测试方法第1部分：通用要求

GB/T27698.2-2011热交换器及传热元件性能测试方法第2部分：管壳式换热器

GB/T27698.3-2011热交换器及传热元件性能测试方法第3部分：板式热交换器

GB/T28712.1-2012热交换器型式与基本参数第1部分：浮头式热交换器

GB50275-2010风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范

GB50231-2009机械设备安装工程施工及验收通用规范

NB/T47004.1-2017板式热交换器第1部分：可拆卸板式热交换器

NB/T47008-2017承压设备用碳素钢和合金钢锻件

NB/T47009-2017低温承压设备用合金钢锻件

NB/T47010-2017承压设备用不锈钢和耐热钢锻件

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

螺杆空压机余热回收aircompressorwasteheatrecovery

螺杆空压机工作时产生的热量进行回收利用，通过油回收为主，气回收为辅,回收空压机由电能转

化为机械能所产生的热量。

4构成及原理

4.1系统构成

空压机余热利用系统包括：空压机余热回收机组、温控比例调节阀、电动阀、加压水泵。

4.2余热回收原理

空压机在正常的工作状态下将输入的能量进行转化，计算方法见附录A，将分离出来的高温高压油

气送入后置冷却系统，在后置冷却系统的作用下将高温高压油气进行冷却降温，冷却完毕后，润滑油被

分离出来，如图1所示为常规空压机冷却示意图。被分离出来的润滑油温度大约在70～90℃，在空压

机所产生的余热中，占据了相当大的一部分。对油路系统和气路系统进行升级改造，将原来的冷却器用

余热回收装置进行替代，将空压机产生的热量加以回收，图2为空压机余热回收原理图。

1

T/QGCMLXXXX—XXXX

净化空气

空气油气混合物

空气过滤器压缩主机油气分离器

油气

回油

冷却器压缩气体

图1空压机冷却系统

高温压缩