基于IFC控制的空壓機系統節能改造淺析

王虹　馮榮貞　段煥林

（河南工程學院河南鄭州450001）

基于IFC控制的空壓機系統節能改造淺析

王虹馮榮貞段煥林

（河南工程學院河南鄭州450001）

空壓機是工業生產中重要的動力源，其節能降耗備受關注。文中討論了影響空壓機能耗的因素，提出采用一種流量控制器IFC對空壓機系統進行節能改造。采用IFC改造后，空壓機系統彰顯多種優越性的同時，系統壓力降低、電力節能效益顯著。

空壓機；空壓機壓力；節能降耗；IFC；流量控制器

空壓機是現代工業四大動力源之一，用于驅動、自動控制[1]。隨著我國經濟水平的提高，壓縮空氣需求量越來越大。在我國工業生產中，空氣壓縮機是工業制造業的主要動力源，其能耗占總能耗的10%～35%[2]。空壓機在運行時，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能只占很小的一部分，約為15%，其他約85%轉化為熱量[3]。工業生產中，壓縮機耗電量占全國總耗電量的6%以上[4]。

在目前能源短缺、電力緊張的今天，壓縮空氣系統如何節能降耗受到各方面的關注。合理選擇空氣壓縮機及確定其運行方案對節能減排有重要的意義。

在壓縮空氣系統的設計和規劃時，可根據實際使用的要求和特點綜合考慮，合理地選擇空壓機的配置方案，為節能降耗打下基礎。本文針對鄭州某紡織廠空氣壓縮機的現場運行情況，采用了一種智能流量控制器（IFC），用于精確控制空壓機系統的排氣，并提出合理的運行方案，對節能系統的運行結果進行了分析。

1影響空壓機能耗的因素分析

空壓機的電耗與進氣壓力、排氣溫度、供氣壓力、排氣量等因素有關，實現空氣壓縮機節能運行，以下工作要做好：

1.1空氣壓縮機的進氣

進氣壓力由當地大氣壓力和空壓機吸氣系統阻力決定。空氣壓縮機的進氣有兩種：一是室內進氣，二是室外集中進氣。不論哪一種都必須采取過濾措施，不僅能延長空壓機的壽命，而且能降低功耗。過濾器在運行一段后，過濾阻力增加，空氣壓縮機的吸力也會增加，流量會相應下降。因此，應根據當地運行環境狀態定期對過濾器進行維護保養和更換，使過濾器的阻力維持在一個較低的范圍內，這也是節能的好措施之一。

1.2排氣溫度

排氣溫度嚴重影響空氣壓縮機的運行和效率。排氣溫度每下降10℃，功耗也隨之下降3%[5]。提高冷卻器的冷卻效率，控制好溫度，不僅能使空壓機穩定運行，還能進一步降低功耗。因此，在夏季高溫季節，應對冷卻系統進行全部檢查、維護保養，或清洗更換，把溫度控制在合適的范圍內。

1.3供氣壓力及壓力降

壓力是針對整個系統，節能潛力較大。供氣壓力保持相對穩定，壓力變化的范圍越大，說明系統的節能潛力就越大。供氣壓力每降低0.01MPa，功耗就相應減少0.3%～0.5%[5]。在滿足生產工藝和使用要求的前提下，應盡可能地降低供氣壓力。

傳輸過程中免不了存在壓力降，合理地控制壓力降有利于節能降耗。當壓力降增加時，空氣壓縮機就要多做功，功耗就增加。壓力降每增加0.01MPa是，功耗就相應增加0.3%～0.5%[6]。因此，應采取有效措施降低壓力降，例如適時地更換油分離器、定期清洗干燥機空氣通道等。

1.4排氣量

空壓機的排氣量降低，則電耗降低。但排氣量由于受空分生產限制，在正常生產狀況下不可能進行較大幅度地調整；通常為充分發揮空分的生產潛力，往往需要盡可能大的空氣量以滿足空分生產。當空分產品過剩需減負荷運行時，也可適當關小空壓機導葉減少空氣量來降低電耗。但受“喘振區域的限制，空氣的調節量是有限的；另外，導葉關小后，空壓機吸入阻力會增加，對節電又不利。所以調節空氣量只能是空壓機的調節手段之一，但并不是節能降耗的有效途徑。

2空壓機系統節能改造措施

2.1空壓機系統節能前

該紡織廠關鍵用氣車間為織機車間（低壓車間用氣）和紡絲車間（高壓車間用氣），安全壓力底限分別為4.3bar和6.8bar。空氣壓縮機房共有8臺空氣壓縮機，并網使用，正常生產情況下為3臺備用，空氣壓縮機系統年運轉時數為8400h/a。

2.2 IFC系統節能特點

IFC(Intel l igent Flow Cont rol lers)智能流量控制器，是空壓機系統用于精確控制用氣量、降低空壓機負載的節能設備，并通過恒壓供氣優化生產制程、提高生產質量。IFC流量控制器是用氣端需求控制，VSD變頻空壓機是產氣端供應控制。雖然變頻空壓機（VSD）隨用氣量條件變化其節能效果相應變化，但是一個空壓站只會安裝一臺VSD，需求增加則空壓機轉速升高流量增大，需求下降則空壓機轉速下降流量減少。與VSD系統不同的是，IFC是根據用氣量（需求）的變化靈敏控制總流量（供應）的輸出，而且IFC則是控制整個空壓站的系統總量，且恒壓精度更高。

IFC空壓機系統的供需平衡控制是依靠壓力信號的變化及空壓機供應的響應來達成，壓力信號從用氣端傳遞到產氣端、再由產氣端做功產氣并輸送到用氣端的循環周期中需要經過整個空氣系統并耗費一定的時間，必然導致信號的損失及響應的滯后性。所以，當壓縮空氣輸送到達用氣工廠時，用氣工廠的需求又變化了，這時才完成的需求響應就成為了浪費，這種需求類似一種錯覺，被稱為錯覺需求。

IFC專門解決這種錯覺需求產生的浪費損失，其主要特征：（1）穩定的壓力輸出（±1 psig/±0.07 bar）；（2）具備壓力輸出的日程默認功能；（3）故障旁通功能；（4）斷電后上電自啟動功能；（5）遠程控制功能；（6）自身能耗及保養成本極低；（7）安裝簡單。

3改造后節能分析

3.1壓力測量情況

該紡織廠關鍵空壓壓力為空壓站的供氣壓力、廠房供氣壓力和使用壓力，針對這些壓力，采用Data logger對空壓系統運轉數據進行了監測和記錄。測點分別布置在低壓主管、低壓車間用氣入口、高壓主管、高壓車間用氣入口。測量期間4點壓力同步記錄監測壓力變化，以觀察空壓機系統整體壓力降與波動情況。

圖3測點布置實例

圖4 IFC控制壓力變化效果圖(1bar=14.5psig)

根據記錄空壓機管線壓力，在IFC控制下壓力由5.1bar（73.95psig）下降到4.3bar(62.35psig)。由圖4也明顯看出，采用IFC控制后系統供氣壓力明顯下降。供氣壓力、及壓力降就下降，意味著空壓機的功耗下降，系統達到節能的目的。

3.2改造后性能

3.2.1節約能源

IFC控制空壓機與傳統控制的空壓機比較，能源節約是最有實際意義的，根據壓縮空氣需求量來供給的空壓機工作是經濟的運行狀態，節省電費約5%。

3.2.2運行成本降低

傳統壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中,能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過IFC能源(電能)成本降低5%，再加上壓力恒定對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

3.2.3提高壓力控制精度

IFC控制系統具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統所需的氣量相匹配。由于IFC控制,供氣壓力精度提高，所以它可以使管網的系統壓力變化保持在1pisg變化范圍,也就是0.07bar范圍內，有效地提高了工況的質量。

3.2.4延長壓縮機的使用壽命

它的啟動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

總之，采用IFC后，系統不但可以節約電力費用，延遲空壓機是壽命，并可實現供氣壓力恒定，提高生產效率和產品質量

4結語

對空壓機系統采取節能措施，將會對用戶節省投資、降低成本、提高效益起到重要的作用。在能源匱乏的今天，合理配置空氣壓縮機系統并達到節能效果，變得極為重要。在滿足生產工藝要求的前提下，盡可能降低供氣壓力和壓力降，將起到節能的作用。改造后的空壓機系統，運行安全、可靠，同時達到了生產工業的要求。采用IPFC流量控制器，在精確地控制空壓機壓力的同時，延長空壓機的壽命，并大大節約了電能。

紡織廠壓縮空氣機價格昂貴，運行費用也較高，空壓機連續24h運轉，大約10年后將進入故障多發期。針對節能設備，應對相關人員進行教育訓練，認識空壓機節能設備（IFC）的操作、安全維修保養程序、故障測試及維護要領。加強日常運行中的維護和保養，將延長空壓機的壽命和大大降低維修成本，并創造更好的經濟效益。

[1]秦宏播，胡壽根.工業壓縮空氣系統優化潛力研究[J].流體機械, 2010,38(6)：49-52.

[2]蔡茂林.空壓機能耗現狀及系統節能潛力[J].中國設備工程, 2009,(7)：42-44.

[3]孫曉名，彭恒，林子良.動力用空氣壓縮機能源效率探討[J].流體機械,2013,41(11)：48-51.

[4]李莉.提高工業壓縮空氣系統能效途徑的探討[J].能源技術與管理,2007(3)：87-89.

[5]郭天霞.基于空氣壓縮機節能措施的研究.科技致富向導[J]. 2011(8)：333.

[6]袁有增.壓縮空氣系統節能降耗淺析.棉紡織技術[J].2008,36 (10):588-590.

[7]王榮文，張振國，王新峰,等.卷煙廠空氣壓縮機組合運行模式探討[J].煤氣與電力,2012,32(12):B23-B28.

王虹（1978—），女，山東濱州人，河南工程學院講師、博士，研究方向：暖通空調。