空壓機(jī)能耗分析與解決方案

余輝　王立業(yè)　王玉發(fā)

【摘 要】在全球能源需求持續(xù)增長而實(shí)際供應(yīng)相對不斷下降的嚴(yán)峻形勢下，節(jié)能減排已勢在必行，眾多工廠也已在不斷尋求潛在的節(jié)能空間?？諌簷C(jī)的平均耗能占整個(gè)企業(yè)的約30%，部分行業(yè)的空壓機(jī)耗電量占總耗電量的比例高達(dá)70%。從投資成本結(jié)構(gòu)分析，空壓機(jī)的節(jié)能重心在能耗上，針對于電機(jī)驅(qū)動類型的壓縮機(jī)，能耗可以近似等于電耗。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī)；改造；一站式管理；節(jié)能減排

螺桿式空壓機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，是應(yīng)用最廣泛的動力源之一。但也存在著大量的能源浪費(fèi)，主要是電能、熱能的浪費(fèi)。

我公司通過合理管理，對設(shè)備的改造和余熱有效的利用，每年可幫助企業(yè)節(jié)約能源消耗近 90萬元，又能夠間接減少CO2的排放，有著良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。適宜推廣。

1.空壓機(jī)運(yùn)行原理

壓縮機(jī)接近100%的軸功率都消耗在，壓縮空氣產(chǎn)生大量的熱能上，在通過冷卻器散發(fā)到大氣中。

2.我公司站內(nèi)空壓機(jī)運(yùn)行狀況分析

現(xiàn)空壓站內(nèi)共有6臺設(shè)備運(yùn)行，其中1臺為變頻螺桿機(jī)，5臺工頻螺桿機(jī)，由于我廠對氣體的穩(wěn)定要求較高，現(xiàn)站內(nèi)空壓機(jī)開機(jī)臺數(shù)為根據(jù)生產(chǎn)線運(yùn)行數(shù)量，人為預(yù)估開機(jī)。這種情況下，為保證用氣端壓力波動時(shí)壓縮空氣隨時(shí)能夠補(bǔ)充，需要在開機(jī)數(shù)量上開啟備用機(jī)組待載。這樣，多臺設(shè)備會處于卸載狀態(tài)。

空壓機(jī)的卸載狀態(tài)為：由于出口壓力達(dá)到出口需求的設(shè)定點(diǎn)，電腦程序自動關(guān)閉進(jìn)口閥。此時(shí)電機(jī)處于無負(fù)載狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，以保證在后端壓力變化時(shí)，隨時(shí)進(jìn)入加載狀態(tài)。空壓機(jī)卸載時(shí)電流較低，但仍有較大的電能消耗。

以下為我公司空壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)：

從數(shù)據(jù)可以看到：

（1）若可以降低空壓機(jī)卸載時(shí)間，將節(jié)約可觀的電能消耗。

（2）合理的設(shè)備組合（開啟）可減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)間—直接減少卸載時(shí)間。

（3）對空壓機(jī)產(chǎn)生的熱能進(jìn)行回收，可間接的降低能耗。

（4）合理的保養(yǎng)周期可降低維修成本。

（5）原廠備件最大限度的減少非正常停機(jī)的損失。

3.空壓機(jī)站房一站式管理

3.1智能集中控制

3.1.1 DCS360系統(tǒng)概述

本控制系統(tǒng)是針對Atlas壓縮機(jī)的生產(chǎn)使用工藝要求設(shè)計(jì)制造的自動化控制系統(tǒng)。通過集中控制空壓站系統(tǒng)，邏輯智能控制空壓機(jī)及輔助系統(tǒng)的運(yùn)行，達(dá)到節(jié)省能耗、精確控制、操作維護(hù)方便的功能。集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對壓縮機(jī)參數(shù)、狀態(tài)的顯示及干燥機(jī)、過濾器等設(shè)備的在線控制和監(jiān)視優(yōu)化，保證整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的長期安全、經(jīng)濟(jì)、合理和高效運(yùn)行，并為制定最佳的保養(yǎng)周期提供可靠的依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)能將全面數(shù)據(jù)傳送至工廠集控中心，實(shí)現(xiàn)全廠范圍統(tǒng)一管理。

3.1.2控制的說明

空壓機(jī)由集控系統(tǒng)控制空壓機(jī)6臺、干燥機(jī)6臺、閥門（共16套）其它設(shè)備視情況添加到集控系統(tǒng)中。

通過COMBOX-S/P模塊，Modbus/Profibus協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻CS360系統(tǒng)上進(jìn)行顯示。將空壓機(jī)數(shù)字量信號通過現(xiàn)場硬接線方式，接入到集控系統(tǒng)中。

3.1.3簡圖

3.1.4空壓機(jī)集控系統(tǒng)功能和特性（FDS）

控制系統(tǒng)壓力控制。

在空壓機(jī)集控柜的觸摸屏和上位機(jī)上，用戶都可以設(shè)定目標(biāo)壓力范圍?？諌簷C(jī)控制柜使系統(tǒng)的壓力控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。一旦系統(tǒng)檢測到系統(tǒng)壓力低于設(shè)定目標(biāo)壓力下限時(shí)，就會自動按照設(shè)定程序設(shè)計(jì)自動啟動或加載相應(yīng)的空壓機(jī)；在系統(tǒng)壓力高于設(shè)定目標(biāo)壓力上限時(shí)，控制系統(tǒng)將自動按照程序運(yùn)行卸載相應(yīng)的空壓機(jī)，空壓機(jī)長時(shí)間卸載后將會自動停機(jī)，以節(jié)省能源消耗。

（1）適用集中控制的空壓機(jī)，必須保證其具備自動重起動功能，即在長時(shí)間卸載運(yùn)行后空壓機(jī)會自動停機(jī)，在接到加載信號會自動起動并加載。

（2）DCS360的程序?qū)⒏鶕?jù)生產(chǎn)線的運(yùn)行套數(shù)，順序控制四臺ZD設(shè)備的啟停；如啟動順序?yàn)?-2-3-4，停止順序?yàn)?-3-2-1；順序邏輯可以根據(jù)用氣需要設(shè)置有多個(gè)順序排列組合，滿足啟動不同產(chǎn)線的用氣需求下，啟動不同組合的設(shè)備。

（3）預(yù)先在集中控制系統(tǒng)將空壓機(jī)的功率信息設(shè)定程序中，DCS360將根據(jù)后端壓力測點(diǎn)變化，程序自動識別機(jī)組信息，進(jìn)行運(yùn)行順序的切換，無需操作人員的手動干預(yù)。

（4）DCS將每套系統(tǒng)內(nèi)的各臺空壓機(jī)產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)采集，程序邏輯為根據(jù)后端壓力變化趨勢，自動選擇最匹配的空壓機(jī)啟動或待載，在后端壓力變化時(shí)隨時(shí)啟動；若壓力在邏輯設(shè)置檢測時(shí)段內(nèi)處于較平穩(wěn)狀態(tài)，程序控制待載設(shè)備停機(jī)。

1）當(dāng)某臺機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠按照預(yù)選順序啟動下一臺機(jī)器。

2）重要參數(shù)設(shè)置（如目標(biāo)壓力，運(yùn)行順序）。

3）系統(tǒng)母管壓力顯示。

4）空壓機(jī)運(yùn)行/故障狀態(tài)顯示。

5）空壓機(jī)的加載/卸載狀態(tài)顯示。

6）空壓機(jī)主機(jī)溫度、排氣壓力顯示。

空壓機(jī)集控優(yōu)點(diǎn)。

（1）設(shè)備無人值守，減少操作運(yùn)行成本。

應(yīng)用了空壓機(jī)集控系統(tǒng)，空壓站房可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，現(xiàn)場無需配置操作人員，可節(jié)約人力運(yùn)行成本。

（2）系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，節(jié)約能量，可為用戶創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。

（3）未使用集控系統(tǒng)時(shí)，6臺空壓機(jī)的加卸載順序是通過在空壓機(jī)本機(jī)上的加/卸載壓力帶設(shè)置一個(gè)梯度來實(shí)現(xiàn)，這樣系統(tǒng)壓力波動較大（帶寬大），且造成能源浪費(fèi)。

使用集控系統(tǒng)以后，集控系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)母管實(shí)時(shí)壓力來集中控制多臺空壓機(jī)的加卸載，為單點(diǎn)壓力控制，可以穩(wěn)定系統(tǒng)壓力在一個(gè)比較小的壓力帶內(nèi)，為用戶提供穩(wěn)定壓力，節(jié)約能量。

（4）自動故障處理，減少潛在的生產(chǎn)損失。

（5）強(qiáng)大的上位機(jī)管理功能：監(jiān)控室遠(yuǎn)程監(jiān)視站房設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，故障信息記錄，有利于企業(yè)優(yōu)化管理。

3.1.5節(jié)能收益

直接收益：根據(jù)現(xiàn)我公司的設(shè)備運(yùn)行狀況，在滿足必要待載設(shè)備數(shù)量，并通過減少不必要卸載備機(jī)的電能消耗，可以每年節(jié)省電量為：500000KW·h/年。

間接收益：通過降低設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，可以減少設(shè)備的無功運(yùn)行時(shí)間，降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備使用壽命。

3.2熱能回收改造

熱能在東北的應(yīng)用很廣泛，冬季取暖（熱水空調(diào)、暖氣片取暖）、生活用水（洗澡、洗手、食堂）、生產(chǎn)用水加熱、鍋爐水預(yù)熱。

之前我們一提到熱能，就會考慮到鍋爐、電加熱等大能耗設(shè)備，反觀我們的工廠其實(shí)有很多的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都會產(chǎn)生大量的熱，如果能把這些熱量回收回來，不但響應(yīng)了國家節(jié)能減排的號召，對于現(xiàn)在競爭越來越激烈的市場，降低我們的生產(chǎn)成本也有實(shí)際意義。

我們公司的耗能大戶就是空壓機(jī)，我們就從空壓機(jī)入手，進(jìn)行改造。

3.2.1熱能回收改造概述

我們采用阿特拉斯.科普柯提供的熱能回收裝置。他是一個(gè)完整成熟的產(chǎn)品，在歐美國家早已廣泛使用。主要由以下設(shè)備組成：水泵2臺（1開1備），膨脹罐、換熱器、 控制系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)、溫度壓力傳感器等?？娠@示進(jìn)水溫度出水溫度，冷卻水進(jìn)水溫度、出水溫度，回水壓力、出水壓力。采用電動三通比例閥，2臺水泵采用機(jī)電互控，一臺出現(xiàn)故障，另一臺自啟動，采用PLC控制、觸摸屏顯示，所有一次儀表采用傳感器和變送器。整體帶防護(hù)罩。采用純水或蒸餾水循環(huán)，減少由于水結(jié)垢對能量回收裝置造成的損壞當(dāng)換熱器損壞時(shí)，應(yīng)用端的加熱介質(zhì)會被污染可更好的控制空壓機(jī)的運(yùn)行溫度。

3.2.2空壓機(jī)熱能回收改造示意圖

我們是玉米深加工行業(yè)，我們生產(chǎn)中需要大量的熱水。我們將空壓機(jī)收回來余熱應(yīng)用在我們公司的鍋爐預(yù)熱上，效果非常好。

我公司6臺ZR250的空壓機(jī)裝機(jī)總功率1500KW，平均加載率70%，平均年運(yùn)行10000小時(shí)，根據(jù)幾年的回收經(jīng)驗(yàn)回收功率在總功率的90%左右。一年就回收了成本。

3.2.3節(jié)能收益

通過AtlasCopco公司的專業(yè)熱能回收改造，免費(fèi)獲得大量的熱水，節(jié)省其他加熱費(fèi)用，降低企業(yè)的運(yùn)行成本。

減少冷塔熱負(fù)荷，減少冷塔的循環(huán)水量，減少冷塔的維護(hù)費(fèi)用、減少冷塔蒸發(fā)水量等。

可有效防止空壓機(jī)冷卻器的結(jié)垢，影響空壓機(jī)的運(yùn)行。

響應(yīng)國家的節(jié)能減排號召，獲得國家節(jié)能減排的獎勵(lì)，減少CO2排放，減少大氣的污染。

綠色環(huán)保，一次性投資，長久受益。

3.3設(shè)備的創(chuàng)新型管理

在公司從粗狂性向節(jié)約型轉(zhuǎn)變時(shí)，我們作為基層的管理者，要有新思路，著眼與細(xì)節(jié)。從細(xì)節(jié)中看整體，一個(gè)工廠就是一個(gè)整體。一站式管理，讓所有的不合理無處藏身。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]安德森（Anderson.J.D.）著.空氣動力學(xué)基礎(chǔ).航空工業(yè)出版社，2010-02-01.

[2]邢國清.流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī).中國電力出版社出版時(shí)間，2009，02.

[3]邢子文著.螺桿壓縮機(jī)—理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2000，8.