電纜廠空壓系統節能改造

余德洋

（上海華新麗華電力電纜有限公司，上海 201802）

0 引言

上海華新麗華電力電纜有限公司，從“拉絲”→“絞線”→“成纜”→“擠塑”整個電纜生產制程，都離不開空壓系統的支持，壓縮空氣主要用于氣動執行元件的運動和線纜表面的吹干等。公司用電量中，空壓系統的月平均用電量占總用電量的比例高達23%。在保障生產正常供氣的前提下，通過優化改造，實現節能降耗，是一個既有挑戰又有意義的方案。

1 現況分析

公司電纜生產設備共計60 臺，為滿足現場生產需要，空壓系統專門配置3 臺空壓機24 h 同時供氣（圖1）。3 臺空壓機分別是1#GA90 變頻空壓機（功率90 kW，額定工作壓力0.8 MPa，最大排氣量17.34 m3/min）、GA75 工頻空壓機（功率75 kW，額定工作壓力0.75 MPa，最大排氣量13.8 m3/min）和2#GA90 變頻空壓機（功率90 kW，額定工作壓力0.8 MPa，最大排氣量15.65 m3/min）。

圖1 電纜廠空壓機現場配置

由于電纜生產制程的特殊性，“拉絲”、“絞線”和“成纜”前端3 個制程的壓縮空氣均用于設備氣動執行元件的運動（絞體氣缸裝夾線盤和牽引氣缸夾緊線纜）；末端“擠塑”制程的壓縮空氣用于牽引氣缸夾緊線纜和線纜表面的吹干（加熱擠壓出的線纜經過水槽冷卻后方能成形，成形后表面水汽吹干后才能通過電氣試驗，因此在每個水槽末端安裝吹干裝置，保證線纜通過電氣試驗）。氣缸裝夾和夾緊作業均是氣體保壓狀態，而線纜表面吹干純粹是排放氣狀態。

在廠區配置空壓系統時，電纜生產四段制程采用3 臺空壓機串聯管路集中供氣。由于末端制程（擠塑制程）需對線纜表面吹干，一直處于排放氣狀態，為確保前端及本制程氣缸0.6 MPa的工作狀態，3 臺空壓機經常處于滿載狀態，頻繁的加載卸載勢必增加電能損耗。

統計2018 年上半年空壓系統能耗，空壓機月平均用電量的比例高達24%，月平均電費9.375 萬kW·h/月×0.93 元/kW·h×1000≈8.7 萬元。估算空壓機年用電費用高達8.7 萬元/月×12月＝104.4 萬元。

2 空壓系統優化

通過現場資料收集及分析，決定利用學習的專業知識和綠色制造的理念對空壓系統進行優化改造，從“人”、“機”、“料”、“法”、“環”五方面擬定改造方案。

（1）“人”——提高員工節能意識。方案可行，效果有限，不能根本解決。

（2）“機”——軟啟動或變頻空壓機方案。兩臺GA90 空壓機已是變頻空壓機，設備幾乎滿負荷全天運轉而節能效果有限，沒余地。

（3）“料”——工業風機替代。未在市場上找到能提供恒定且持久壓力風機。

（4）“法”——管路分離。將氣源改為兩路，一路為吹干氣源，一路為高恒定壓力氣壓源。這樣，吹干線纜表面對壓縮空氣的壓力和壓力精度要求低的優點就可以得到利用，不必一直工作，能耗自然就少了，可行。

（5）“環”——根據線徑大小配置對應的吹干裝置，根據實際需要進行供氣，降低浪費，可行。

2.1 管路分離改造

根據生產訂單，與制造部門協調生產排程，對現場進行了改造方案的模擬測試。

（1）氣缸恒定壓力氣源。根據現場測試，在不對線纜吹干的前提下，1 臺GA90 變頻空壓機可保證正常生產（0.6 MPa±0.02 MPa），同時兼顧添置新設備用氣需求。

（2）線纜表面吹干氣源。在氣壓穩定情況下，調壓至0.16 MPa時仍能滿足正常生產需求。考慮到用氣高峰時壓力20%波動，壓力參數設置為0.2 MPa。通過評估采用1 臺GA75 空壓機斷續滿載工作和1 臺GA90 變頻空壓機工作的配置。

通過3 天模擬改造測試，空壓系統月均用電量為9.375萬kW·h，則日均為9.375×1000÷26（天）≈3606 kW·h。模擬改造后，平均日節約電量3606-2910=696 kW·h，能耗降低約19%。由此可以看出空壓系統的節電空間還有很大的潛力。該項優化改造管道分離方案如圖2 所示，除了分離管道之外，還增加了切換閥門，提升連續生產的能力，降低停產風險。

圖2 管路分離方案示意圖

受建廠之初管道配置影響，1#GA90 空壓機可利用原有供氣管道專供設備氣缸保壓件用氣；2#GA90 空壓機和GA75 空壓機專供線纜吹干用氣，重新進行布管和對應的改造。主供氣管路采用DN40 無縫鋼管，分供氣管路采用DN15 無縫鋼管從主管路上方連接，減少壓縮空氣中冷凝水進入支路；沿途增加自動泄水裝置從主管路下方連接，有利于壓縮空氣中冷凝水收集及排放，提升壓縮空氣品質。

2.2 吹干裝置改善

現場一直采用統一結構的吹干裝置，未考慮線徑大小，同時直接采用手動球閥控制，存在壓縮空氣浪費現象。通過對廠內擠塑設備吹干裝置的現場檢測及分析，并結合生產工藝及試驗要求，將吹干裝置改善為兩類，降低能源的浪費。

（1）Φ90 擠塑機（含）以上機臺（Φ150/Φ120），因為生產線徑大（擠包后外徑為30～70 mm），采用可調式圓環型（兩個半圓環組成）吹干裝置，選用不銹鋼材料。優點是可根據線徑調整大小，同時可避免被電纜引線接頭撞壞，耐用防腐蝕；圓環上吹氣孔按環裝分布，氣流呈錐形匯集，可快速吹干線面水跡。

（2）Φ90 擠塑機以下機臺（Φ75/Φ70/Φ65/Φ45），因生產線徑小（擠包后外徑為2.5～23 mm），采用翻蓋式箱型吹干裝置，選用尼龍材料。優點是Φ90 擠塑機以下可通用，操作方便且經濟實惠，箱內采用密集型氣孔錯位分布吹干，同時機臺上可減少一個吹干裝置，也可實現線面快速吹干。

除了吹干裝置的改善之外，另在吹氣裝置前端加裝調壓過濾器（調至工作狀態0.2 MPa，過濾雜質，提升供氣品質）和聯動裝置（機動氣通，機停氣斷），深挖節能空間。經過上述優化改造，線面吹干符合生產工藝及電氣試驗要求。線纜吹干裝置改善前后如圖3 所示。

圖3 線纜吹干裝置改善前后

3 效果確認

公司空壓系統經過對供氣空壓機的重新分配和管道分離（根據不同用氣類型），以及線纜吹干裝置（根據不同線徑）等一系列的優化改造，于2018 年12 月底開始啟用至今（2019年1 月—5 月），空壓系統供氣滿足現場生產需求。空壓系統用電比例從改造前的24%，降低到改造后的18%，由此可見空壓系統依然是電纜廠的用電大戶，這也與行業的生產工藝特殊性有關（壓縮空氣被用與線纜表面的吹干直排）。空壓系統改造后月均用電為5.614 萬kW·h。改造前月均用電為9.375 萬kW·h，由此可得：每月可節約用電9.375-5.614=3.761 萬kW·h；每月可節約電費37.61×1000×0.93≈3.5 萬元；每年可節約電費3.5×12=42 萬元。改造前后能耗降低了40%，遠超出預期目標。

本次空壓系統改造費用共計31 萬元，計劃一年內即可收回投資成本。

4 結束語

本文通過對電纜廠空壓系統進行了一系列的節能優化改造，公司獲得有形效益的同時，還獲得了豐厚的無形效益——全員“節能降耗”的意識都得到了顯著提升，并專門成立了節能小組。針對本次的節能改造，獲得的啟發和收獲如下。

（1）建廠設施配置時，要合理布設管線，以降低后期對生產的影響和能源的浪費。

（2）生產設備盡可能選用節能機型，比如選用變頻空壓機、變頻熱風機和變頻電機等。

（3）在用的設備，不要忽視“跑”、“冒”、“滴”、“漏”等問題，正是這些小問題的累積，造成了后期能源浪費的不斷攀升。

（4）對于高能耗的老舊設備，要適時汰舊換新或節能改造，進而達到降低故障率及節能增效的目標。

（5）“節能降耗”是我國的一項基本國策，也是企業的生存之本。深挖節能潛力，從身邊做起，還要“學以致用”勇于去創新，去實踐。