空壓機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)改造及壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能與恒壓控制

常健

【摘 要】介紹了各生產(chǎn)分廠紙機(jī)使用壓縮空氣情況，介紹各分廠空壓站聯(lián)網(wǎng)改造方案，以及改造后壓縮空氣合理使用和節(jié)能控制方案。

【關(guān)鍵詞】空壓機(jī);壓縮空氣;節(jié)能;恒壓控制

引言

壓縮空氣具有清晰透明、無(wú)污染、沒(méi)有危險(xiǎn)、易輸送等特點(diǎn)，主要用于氣用傳動(dòng)、風(fēng)動(dòng)工具、冷卻、儀表吹掃、干燥、切割及火焰處理等。除了用于儀表的氣體需要特殊干燥外，其他則直接供給用戶。因此，空壓站系統(tǒng)占據(jù)企業(yè)能耗很大比重，約占其全部能耗的10%～40%。在我國(guó)，長(zhǎng)期以來(lái)壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能并沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。近年來(lái)伴隨著節(jié)能減排形勢(shì)的發(fā)展，對(duì)空壓機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行技術(shù)和運(yùn)行管理等方面進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，挖掘節(jié)能潛力，降低空壓機(jī)運(yùn)行成本，正逐步在工業(yè)企業(yè)中得到實(shí)施。

1壓縮空氣系統(tǒng)產(chǎn)氣和用氣分布

壓縮空氣產(chǎn)氣和用氣如圖1所示。公司有三套空壓機(jī)組，分別安裝在一分廠、三分廠和六分廠。一分廠有五臺(tái)空壓機(jī)，其中1號(hào)空壓機(jī)功率為132kW，其余2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)空壓機(jī)功率為75kW，工作壓力能夠達(dá)到0.85MPa。三分廠有四臺(tái)空壓機(jī)，分別是8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)，其功率都是75kW，工作壓力能夠達(dá)到0.75MPa。六分廠有兩臺(tái)空壓機(jī)，分別是6號(hào)、7號(hào)空壓機(jī)，其功率分別為75kW，工作壓力能夠達(dá)到0.97MPa。

在2008年以前，三個(gè)分廠空壓機(jī)組都是獨(dú)立運(yùn)行。其中一分廠和三分廠空壓機(jī)組各有1臺(tái)為備用，各有1臺(tái)根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)。六分廠兩臺(tái)空壓機(jī)24h全天運(yùn)行，如果空壓機(jī)發(fā)生故障，就需要將相應(yīng)機(jī)臺(tái)停止運(yùn)行。2008年在檢修期間對(duì)全廠11臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)改造，解決了三個(gè)分廠空壓機(jī)組獨(dú)立運(yùn)行的弊端，提高了空壓機(jī)使用效率。初步實(shí)現(xiàn)了恒壓運(yùn)行并收到了節(jié)能效果。

2優(yōu)化壓縮空氣供應(yīng)方案

2.1壓縮工藝電耗控制

壓縮空氣生產(chǎn)依靠大型離心壓縮機(jī)，壓縮空氣生產(chǎn)電耗絕大部分是壓縮機(jī)耗電。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)工作原理和控制原理分析，壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷可以在允許工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在滿足壓縮空氣供應(yīng)基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，可以達(dá)到降低電耗的目的。

2.1.1設(shè)定合理壓縮機(jī)出口壓力值，降低電耗

結(jié)合空壓站壓縮機(jī)運(yùn)行情況，目前壓縮空氣高壓系統(tǒng)送出壓力為0.60-0.65MPa，壓縮機(jī)出口壓力保持在0.65-0.68MPa?？辗周囬g一空裝置4臺(tái)進(jìn)口機(jī)組出口設(shè)計(jì)壓力為0.80-1.0MPa。在進(jìn)行機(jī)組控制前，壓縮機(jī)出口壓力設(shè)定值為0.80MPa，遠(yuǎn)高于機(jī)組出口實(shí)際壓力，壓縮機(jī)控制系統(tǒng)為達(dá)到設(shè)定壓力機(jī)組在運(yùn)行中保持入口閥門全開(kāi)，電機(jī)運(yùn)行負(fù)荷長(zhǎng)期在額定滿負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行，造成電耗增加。為實(shí)施節(jié)能措施，根據(jù)壓縮機(jī)出口實(shí)際壓力，將運(yùn)行的10#、12#、13#壓縮機(jī)壓力設(shè)定值定為0.66MPa，機(jī)組耗電量分別下降3%、5%和10%。

2.1.2控制壓縮機(jī)入口閥門，降低電耗

催化劑廠壓縮空氣需求壓力為0.42-0.46MPa，對(duì)于二空裝置使用的國(guó)產(chǎn)1#、2#壓縮機(jī)而言，由于機(jī)組屬于手動(dòng)控制，不具備自動(dòng)調(diào)節(jié)出口壓力，因此通過(guò)適當(dāng)控制入口閥門達(dá)到降低機(jī)組電耗的目的。通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)入口閥門控制，壓縮機(jī)出口壓力保持在0.50-0.52MPa，機(jī)組運(yùn)行電流保持在162A左右，相對(duì)188A的額定電流降低13%。

2.2完善壓縮空氣生產(chǎn)方案

通過(guò)一空裝置和8000Nm3/h制氮裝置流程優(yōu)化，壓縮空氣生產(chǎn)方案調(diào)節(jié)靈活性和保障可靠性明顯提高。一空裝置4臺(tái)壓縮機(jī)，與8000Nm3/h制氮裝置1臺(tái)供風(fēng)壓縮機(jī)形成“開(kāi)三備二”的壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備格局;同時(shí)，8000Nm3/h制氮裝置供風(fēng)壓縮機(jī)也可以隨時(shí)為制氮裝置備用;在壓縮風(fēng)需求低負(fù)荷時(shí)，一空裝置生產(chǎn)的壓縮風(fēng)也可以成為制氮裝置的原料氣。為確保生產(chǎn)方案的可靠性，我們組織對(duì)一空壓縮機(jī)停機(jī)應(yīng)急預(yù)案、8000Nm3/h制氮裝置壓縮機(jī)停機(jī)應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急操作卡進(jìn)行了修訂，兩套裝置聯(lián)動(dòng)操作的方式進(jìn)行應(yīng)急處置。通過(guò)模擬演練對(duì)裝置間的協(xié)調(diào)方式、制氮裝置壓縮機(jī)閥門備用狀態(tài)、排空閥門操作順序進(jìn)行了明確規(guī)定。經(jīng)過(guò)逐個(gè)班組的應(yīng)急培訓(xùn)，裝置之間的應(yīng)急處置時(shí)間由原來(lái)的6min縮短到4min。

2.3變頻控制

在空壓機(jī)選型時(shí)，為了保證生產(chǎn)需要，空壓機(jī)額定供氣能力為最大生產(chǎn)用氣量的1.1～1.2倍，但是工廠的實(shí)際需求大多數(shù)情況只能用到額定供氣量的50%～60%。為了保證供氣量與用氣量的平衡，傳統(tǒng)的空壓機(jī)啟動(dòng)方式多為加卸載方式，這種方式下空壓機(jī)經(jīng)常處于空載狀態(tài)，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。而變頻控制的原理就是以供氣壓力為控制對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)壓力由傳感器監(jiān)測(cè)，通過(guò)空壓機(jī)出口管道的壓力變送器將壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后反饋到變頻器，變頻器通過(guò)內(nèi)置算法計(jì)算得到輸出功率并進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供氣的目的。變頻控制消除了電機(jī)頻繁啟停對(duì)系統(tǒng)的沖擊并減少了無(wú)功電流，提高了電能使用效率。根據(jù)實(shí)際情況，繪制出圖2的壓縮機(jī)負(fù)荷效率狀況曲線，可知空壓機(jī)采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率在15%～30%范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷在65%時(shí)，變頻調(diào)節(jié)控制節(jié)省了25%左右的能源。同時(shí)，如圖3所示由于變頻控制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)保證了用氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，減少了管路壓力波動(dòng)引起的能耗約0.5%～1%。

3空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

某公司每臺(tái)紙機(jī)不但有自己的DCS系統(tǒng)，還有覆蓋全公司的MIS管理信息系統(tǒng)?；谶@個(gè)平臺(tái)，一分廠、三分廠、六分廠三組空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)都引入到各自DCS系統(tǒng)中，便于一線操作人員了解本分廠空壓機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。一分廠空壓機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)如圖2所示。由于三組空壓機(jī)組已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，使用壓縮空氣設(shè)備繁多。所以需要掌握所有空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括運(yùn)行壓力。根據(jù)上述要求，將所有空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)壓力也引入到公司MIS系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖4所示。這樣不但每個(gè)生產(chǎn)分廠和調(diào)度室都可以監(jiān)測(cè)到所有空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和壓力情況，如果發(fā)生異常情況可以進(jìn)行相應(yīng)調(diào)配操作。

結(jié)語(yǔ)

壓縮空氣作為工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的清潔動(dòng)力源，同時(shí)作為企業(yè)的能耗大戶，其從生產(chǎn)、輸送到應(yīng)用三大環(huán)節(jié)的節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前我國(guó)大部分工廠企業(yè)普遍存在空氣壓縮系統(tǒng)效率低下，能源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，而且相關(guān)節(jié)能意識(shí)與經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用年年增高。對(duì)空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行深度節(jié)能改造是需要各個(gè)環(huán)節(jié)相配合的復(fù)雜工作，在傳統(tǒng)的節(jié)能措施的基礎(chǔ)上輔以新型的變頻技術(shù)、空壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)及余熱回收技術(shù)等會(huì)從整體上更大程度地降低系統(tǒng)能耗。這樣的方法雖會(huì)增加一次性投入，但對(duì)應(yīng)的是改造過(guò)后持續(xù)的能耗降低，優(yōu)化了用氣參數(shù)并保證了企業(yè)的用氣質(zhì)量。本文介紹了空氣壓縮系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題和相應(yīng)的解決方案，對(duì)企業(yè)的技術(shù)改造與節(jié)能優(yōu)化具有推廣作用。

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（作者單位：天津廣正匯通新能源科技有限公司）