空压机集成控制系统优化改造

刘锡芸

(莱钢集团设备检修中心， 山东 271104)



空压机集成控制系统优化改造

刘锡芸

(莱钢集团设备检修中心， 山东 271104)

摘要：结合工业变频技术、能效优化技术，对空压机压缩空气系统进行优化控制，提高压缩空气系统能效，从而达到综合节能的目的。

关键词：空压机；改造；节能

螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。

当空压机连续运行，压缩机主体温度会升高，当温度达到一定程度时，本系统设定为60℃(控制器根据应用环境自行设定)，风机开始运行，用于降低主机工作温度。风机运行一段时间，主机温度下降，低于50℃时风机停转。

1现役空压机技术参数

现役空气压缩机技术参数见表1。

表1　空气压缩机技术参数

2现役空压机基本运行情况

共有2个独立供气管网，分别为低压管网及高压管网。经调研：低压管网一般开启5台螺杆机，分别是4台LU320W-8及1台LU330SW-8，其余作备机，一台卸载，加载压力0.6 MPa，加载电流21.5A，卸载压力0.7 MPa，卸载电流8.72 A，其余运行设备全部满负荷。高压管网一般开启3台LU450W-13螺杆机和2台寿力离心机，其余作备机。调研时1台螺杆机卸载，加载压力1 MPa，加载电流27.17 A，卸载压力1.1 MPa，卸载电流11.81 A，其余运行设备满负荷。

3空压系统高能耗分析

(1)空压机运行效率低，能耗大。空压机本身效率能达到国家二级能效标准，机组效率较好。由于供需端没有较好的匹配，同时由于高压系统无法满足瞬时用气需求，为维持管网压力的稳定，被迫多开一台LU450W-13螺杆机。这种运行方式虽然能满足生产要求，但会造成严重的空压机卸载运行。根据分析，LU450W-13卸载运行时，浪费严重。根据卸载电流得出高压空压机卸载功率178 kW，低压空压机卸载功率130 kW，卸载功率基本为浪费功率。根据4天历史曲线统计，高压系统共计运行5 737 min，其中加载运行748.5 min，加载率仅为13%。低压系共计运行5 740 min，其中加载运行2 580 min，加载率为45%。

(2)供需压力不匹配。3#高炉喷煤用气压力要求为1 MPa,1#、2#高炉喷煤用气压力要求为0.8 MPa。现高压管网为满足3#高炉的压力需求，将整个管网的压力升高到1 MPa，这是一种比较浪费的供气方式。

(3)缺乏有效的群控技术。虽然空压站有监控系统，但是只限于数据的采集和显示，并没有将自动群控技术纳入在内，导致空压机的生产和供给不匹配，降低了运行效率。

4高、低压系统改造

4.1变频改造

本次改造选择一台320 kW和一台330 kW的空压机进行变频改造，通过一拖二的方式增加一套ZVSD-400-10 kV变频器。正常情况下，系统其它空压机工频满负荷运行，利用变频空压机来调节供气量，保证系统管网压力稳定。如果变频器故障，还可利用旁路切换到工频状态运行，确保系统安全可靠。变频器接线图见图1，变频器原理见图2。

4.2管网优化改造

(a)改造前配电图

(b)改造后配电图

图2　高压变频器原理图

在3#空压站与1#空压站之间的高压气体联通管道上增加一个阀门，2台寿力离心机在压力1.05 MPa下运行，通过阀门将压力控制在0.8 MPa后，再送至1#、2#、3#高炉，压力又升高到1.05 MPa。

利用3#高炉休风时间，开启1#空压站内所有备用螺杆机组，给1#、2#高炉供气，停止3#空压站内的离心机，然后关闭高压气体联通管道的前后进气阀门，在联通管道上加装电动阀门。

开启12#、13#离心机，打开高压联通管道上阀门，通过电动阀门自动将压力调至0.8 MPa，给1#、2#高炉供气，最后将5#~9#螺杆机的压力设定为0.8 MPa。

4.3优化系统群控

(1)安装智能节能主控柜。拆除原有的PLC主控柜及接线，安装智能节能主控柜，并将原监控系统中的信号线接到智能节能主控柜内。

(2)改造1#~11#空压机墙上操作箱。重新设计操作箱，增加现场/远程转换开关，替换原有的操作箱，并铺设电缆到空压机的控制器内。保留原有的现场操作功能，实现远程操作功能。

(3)修改1#~11#空压机控制程序。由于现有的空压机采用的是西门子S7-200PLC控制，配备EM277后，具备远程通讯功能，但不具备远程控制功能，所以需要对原程序进行修改，使其具备远程启停和加卸载功能。

(4)改造12#~14#空压机。由于原有空压机系统的通讯协议为Modbus，所以需要增加一个Modbus转Profibus协议模块，然后与S7-300PLC进行通讯，具备远程控制功能。

(5)改造流量计。分别从5台流量计处到智能节能主控柜放通讯电缆，连接到Modbus转Profibus协议模块，与空压机相连。

(6)群控改造。根据采集的管网压力、流量和各空压机组的数据，通过内嵌优化算法，依据每台压缩机运行特点，根据终端用户的需求，合理分配各压缩机排气量及排气压力，在保证工艺安全的前提下，使各压缩机的输入最小，能耗最低。并且根据实际需求对空压机的启停进行控制，通过控制变频频率、空压机开机台数实现系统的最优化运行。

5应用效果

低压管网：测试卸载率55%，加载压力0.6

MPa，卸载压力0.67 MPa，卸载电流8.7 A，加载电流21.5 A,改造后系统长期处于加载状态，主管网压力保持在0.62 MPa，计算节电率约33.56%，年节约电量约592 MW·h。

高压管网：测试卸载率87%，加载压力1 MPa，卸载压力1.07 MPa，卸载电流11.81 A，加载电流27.17 A。改造后系统长期处于加载/停机状态，3#高炉供气管网压力保持在1 MPa，1#、2#高炉压力保持在0.8 MPa，计算节约功率257 kW，年节电量约2 056 MW·h。

编辑陈秀娟

Optimization and Modification of the Integrated Control System of Air Compressor

Liu Xiyun

Abstract：The compressed air system of air compressor is performed optimal control by industrial frequency conversion technology and energy efficiency optimization technology in order to improve the energy efficiency of the compressed air system, and achieve the purpose of comprehensive energy saving.

Key words：air compressor; modification; energy saving

中图分类号：TD443+2

文献标志码：B

作者简介：刘锡芸(1980—)，女，工程师。电话：18663489138

收稿日期：2015—09—14