摘要：空压机系统做为公司的生产辅助设备和动力设备，其稳定性和运行成本直接关乎公司的效益。本文对空压机系统节能改造方案进行探讨。
关键词：空压机；能源浪费；节能高效
一、空压机改造前运行状况
空压机系统是某公司的生产动力辅助设备，其能源消耗达到企业总能耗的15.6%；合成车间低压空压系统主要包括6台90kW单级螺杆机空压机及其冷干机等设备，运行方式为4用2备。目前该车间压缩空气系统老旧，使用年限较长致使主机磨损，排气量降低、设备利用率低下；控制仍采用早期手动控制方式，加卸载靠上下限设定压力运行，压力偏高区域段运行；单级压缩螺杆空压机组，输入比功率较高而利用率低，不属于国家节能认证设备；另外整个系统管网布置混乱，弯头较多且不符合规范要求，造成额外的压力损失；以上造成了电能浪费。经现场实测，该空压机系统加载率为86%-92%，运行压力在5.9-6.8KPa，比功率为8.2kW/m3/min，此比功率高于GB19153-2009《容积式空气空压机能效限定值及能效等级》中“一般用喷油式单螺杆空压机的能效等级”3级要求，属于高能耗设备，因此进行改造是很有必要的。
二、节能改造方案分析
（1）整合节能改造。根据现有生产用量以及后续的增量计算，未来将运行6台空压机，造成没有备用设备的生产安全隐患，同时能源浪费扩大化，对现有6台空压机进行整合，选用3台220kW两级压缩空压机设备替换，减少每台设备单独经过独立的过滤系统时会造成一定的压力损失，避免引发管网压力偏低而压缩机供气压力升高，降低电力消耗，满足用气终端供气要求。
（2）高效设备节能改造。改造后空压机为两级压缩永磁变频空压机，主机采用大小不同的两组螺杆转子，实现合理的压力分配，降低了每次压缩的压缩比。比功率达到5.81kW/m3/min，为一级能效机组。改造后运行方式为2用1备，其中1台为变频控制，运行时为1工频与1变频配合，根据现场的实际用气按需输出，变频智能调速恒压供气，保障工频一直处于加载状态，避免空压机频繁加卸载，保护空压机，启动时减轻电网的负荷，同时变频和工频可切换（变频故障时不影响机器使用）。将输出压力设定在恒压输出（精确到0.1Bar）可节省过压造成的浪费，同时延长气动工具的寿命，提高输气质量，既保障了稳定生产又能达到能效最大化。
（3）智能化改造。改造后空压机使用智能管理系统，可将处于各地的空压机通过互联网加入到云计算平台，可实时监控系统下的空压机，发现空压机运行中存在的问题，能够查询完整的报警历史曲线，以便对故障进行推断和预防，提供空压机的节能分析报告，可为后续发现节能改造空间，降低运行成本，提供技术支持。
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（4）供气管道改造。通过系统性的规划设计，每条管路、弯头及辅助装置配置更加合理，减少每条供气管路的压力损耗，同时采用更加节能的铝合金代替原无缝钢管管道，其防腐性可将泄露的风险降到最低，减少不必要的浪费；铝质内光滑表面能以更少压降提供更多的空气，从而显著的降低运行成本，保障用气末端的压力。
三、余热回收技术
压缩机运行会产生热能，为保证其正常工作，热量必须及时导走。据美国能源署统计，真正用于空气压缩所消耗的电能在总耗电量中仅占15%，85%则转化为热能被排放。国内也认为空压机输入电能的有用功只占总能量的20%，无用功达80%。实施余热回收已是比较成熟和普遍的作法，把多余的热量通过回收装置转移到储热设备上，以此降低燃料成本。如何最大限度地回收热量并确保压缩机正常运行是技术关键。采用全自动余热利用系统把多余的热量转换到水箱，降低了空压机温度;回收的热水可用于金属涂装清洁处理、无尘室恒温恒湿车间。在冷却系统中安装热交换器，高温的润滑油经过交换器时将水加热，供生产生活使用。通过加装热回收系统，节约燃煤191.844吨/年。改造油气冷却系统，回收热量85%，大幅减少燃煤和锅炉运行费用。采用同程截流式反串换热技术，产生40-50℃的热水，节省大量天然气。余热回收技术降低了空压机的温度，提高运行效率;提供无成本热水，降低燃料成本；减少CO2的排放，且回报周期短，是一种立竿见影的节能方式。
四、多机组群控技术
空压机群控技术引领了节能的新趋势，大大提高了空压机运行的匹配性。其原理在于:根据压力需求变化，集中控制空压机的启停及加、卸载，保证一直有合适数量和容量的空压机运转。用气量增加时自动开启其它空压机，用气量减少时则关停多余空压机。卫文明通过安装监测系统，精细化管理管道供气、节能辅控系统和电力计量系统，实现机群联控，节电率达14.20%。优化空压机组的调节方式及流量、压力控制系统，有效节电。采用压力梯度调节和集控系统，确保空压机组节能运行及更稳定的压力输出。
五、变频调速技术
变频恒压供气指根据管网瞬时用气量的变化来自动调节空压机的转速和运转台数，使管网保持恒定压力。其原理是通过变频器来调整电机转速，使输出功率与流量需求成正比，减少电动机的加、卸载次数，降低功耗。空压机的改造集中在此领域。对螺杆式空压机进行变频改造，实现带载软启动，能耗下降8.95%，节约润滑油20%。采用变频一级能效两级替换工频三级能效单级压缩螺杆压缩机，节电率达40.85%。进结合PLC和变频技术，节能显著，且性能稳定、编程简单、易于推广。将变频调速与变极电动机、串极调速等方案相比较，认为前者有无极调速、自动控制、方便改造等优势。
六、节能效果及经济效益分析
（1）节能改造前用气成本。该车间空压机系统每立空气耗电0.136kW,24小时运行，每天压缩空气预计用量为12.44万立，耗电量为1.69万kWh，每年运行330天，电价每度0.63元。每年电费=年用电量×电价=1.69×330×0.63元/kWh=351.73万元/年。
（2）空压机系统改造后的效益。改造后空压机比功率为5.81kW/m3/min，每立空气耗电0.097kW，每立空气可节电0.039kW，每天可节省电费3056.51元。
每年节省电费=3056.51×330=100.86万元/年。
七、改造后优点
（1）安全可靠。空气主要用于制取氮气和仪表气源，一旦出现问题会造成不良影响。改造后空压机采用大转子低转速主机、角接触球高效轴承，可靠性更加稳定。运行方式改为2用1备，联合控制，保障紧急停机或故障的供气稳定。同时采用双回路供电，进一步提升供气安全。
（2）节能降耗。改造后节能率达到28.68%，有效降低空气运行成本和维护成本，在医药行业市场压力逐渐增大的环境下，有效降低成本，可增加市场竞争力。
（3）恒压供气。由于改造后是1工频与1变频配合，变频控制具有精确的压力控制能力，使压力-转速-功率达到动态平衡，空气压力输出与用户需求的气量相匹配，使管网的系统压力变化保持在要求范围内，有效地提高了工况的质量。
（4）节省人工。由两个车间空压站合并为一个集中供气的空压站，可减少一个站人工，同时实现智能控制以后，能够远程实时监测空压机运行状态，减少员工劳动强度。
（5）降低噪音。改造后空压机采用低噪音主机，低转速离心风扇以及变频油冷风扇，同时对壳体和压缩机进气消音，噪音与原系统比较下降约20至25分贝。
结束语
改造后空压机系统既实现安全、可靠、恒压供气，又提高空压机运行效率，达到最佳节能效果，进一步提升公司市场竞争力。
参考文献
[1]田郭毅. 空压机节能运行措施探讨[J].内江科技,2018(06).
[2]宋韧,刘淑婷.空压机节能改造新技术应用研究[J].资源节约与环保,2012(06).
[3]杨银初,何海岗,王志艺,余琳玲.基于双永磁变频两级压缩技术的空压机节能改造[J].机电工程技术,2018(03).
论文作者:许双梅
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/8/2
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