基于IFC控制的空压机系统节能改造浅析

王虹　冯荣贞　段焕林

（河南工程学院河南郑州450001）

基于IFC控制的空压机系统节能改造浅析

王虹冯荣贞段焕林

（河南工程学院河南郑州450001）

空压机是工业生产中重要的动力源，其节能降耗备受关注。文中讨论了影响空压机能耗的因素，提出采用一种流量控制器IFC对空压机系统进行节能改造。采用IFC改造后，空压机系统彰显多种优越性的同时，系统压力降低、电力节能效益显著。

空压机；空压机压力；节能降耗；IFC；流量控制器

空压机是现代工业四大动力源之一，用于驱动、自动控制[1]。随着我国经济水平的提高，压缩空气需求量越来越大。在我国工业生产中，空气压缩机是工业制造业的主要动力源，其能耗占总能耗的10%～35%[2]。空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能只占很小的一部分，约为15%，其他约85%转化为热量[3]。工业生产中，压缩机耗电量占全国总耗电量的6%以上[4]。

在目前能源短缺、电力紧张的今天，压缩空气系统如何节能降耗受到各方面的关注。合理选择空气压缩机及确定其运行方案对节能减排有重要的意义。

在压缩空气系统的设计和规划时，可根据实际使用的要求和特点综合考虑，合理地选择空压机的配置方案，为节能降耗打下基础。本文针对郑州某纺织厂空气压缩机的现场运行情况，采用了一种智能流量控制器（IFC），用于精确控制空压机系统的排气，并提出合理的运行方案，对节能系统的运行结果进行了分析。

1影响空压机能耗的因素分析

空压机的电耗与进气压力、排气温度、供气压力、排气量等因素有关，实现空气压缩机节能运行，以下工作要做好：

1.1空气压缩机的进气

进气压力由当地大气压力和空压机吸气系统阻力决定。空气压缩机的进气有两种：一是室内进气，二是室外集中进气。不论哪一种都必须采取过滤措施，不仅能延长空压机的寿命，而且能降低功耗。过滤器在运行一段后，过滤阻力增加，空气压缩机的吸力也会增加，流量会相应下降。因此，应根据当地运行环境状态定期对过滤器进行维护保养和更换，使过滤器的阻力维持在一个较低的范围内，这也是节能的好措施之一。

1.2排气温度

排气温度严重影响空气压缩机的运行和效率。排气温度每下降10℃，功耗也随之下降3%[5]。提高冷却器的冷却效率，控制好温度，不仅能使空压机稳定运行，还能进一步降低功耗。因此，在夏季高温季节，应对冷却系统进行全部检查、维护保养，或清洗更换，把温度控制在合适的范围内。

1.3供气压力及压力降

压力是针对整个系统，节能潜力较大。供气压力保持相对稳定，压力变化的范围越大，说明系统的节能潜力就越大。供气压力每降低0.01MPa，功耗就相应减少0.3%～0.5%[5]。在满足生产工艺和使用要求的前提下，应尽可能地降低供气压力。

传输过程中免不了存在压力降，合理地控制压力降有利于节能降耗。当压力降增加时，空气压缩机就要多做功，功耗就增加。压力降每增加0.01MPa是，功耗就相应增加0.3%～0.5%[6]。因此，应采取有效措施降低压力降，例如适时地更换油分离器、定期清洗干燥机空气通道等。

1.4排气量

空压机的排气量降低，则电耗降低。但排气量由于受空分生产限制，在正常生产状况下不可能进行较大幅度地调整；通常为充分发挥空分的生产潜力，往往需要尽可能大的空气量以满足空分生产。当空分产品过剩需减负荷运行时，也可适当关小空压机导叶减少空气量来降低电耗。但受“喘振区域的限制，空气的调节量是有限的；另外，导叶关小后，空压机吸入阻力会增加，对节电又不利。所以调节空气量只能是空压机的调节手段之一，但并不是节能降耗的有效途径。

2空压机系统节能改造措施

2.1空压机系统节能前

该纺织厂关键用气车间为织机车间（低压车间用气）和纺丝车间（高压车间用气），安全压力底限分别为4.3bar和6.8bar。空气压缩机房共有8台空气压缩机，并网使用，正常生产情况下为3台备用，空气压缩机系统年运转时数为8400h/a。

2.2 IFC系统节能特点

IFC(Intel l igent Flow Cont rol lers)智能流量控制器，是空压机系统用于精确控制用气量、降低空压机负载的节能设备，并通过恒压供气优化生产制程、提高生产质量。IFC流量控制器是用气端需求控制，VSD变频空压机是产气端供应控制。虽然变频空压机（VSD）随用气量条件变化其节能效果相应变化，但是一个空压站只会安装一台VSD，需求增加则空压机转速升高流量增大，需求下降则空压机转速下降流量减少。与VSD系统不同的是，IFC是根据用气量（需求）的变化灵敏控制总流量（供应）的输出，而且IFC则是控制整个空压站的系统总量，且恒压精度更高。

IFC空压机系统的供需平衡控制是依靠压力信号的变化及空压机供应的响应来达成，压力信号从用气端传递到产气端、再由产气端做功产气并输送到用气端的循环周期中需要经过整个空气系统并耗费一定的时间，必然导致信号的损失及响应的滞后性。所以，当压缩空气输送到达用气工厂时，用气工厂的需求又变化了，这时才完成的需求响应就成为了浪费，这种需求类似一种错觉，被称为错觉需求。

IFC专门解决这种错觉需求产生的浪费损失，其主要特征：（1）稳定的压力输出（±1 psig/±0.07 bar）；（2）具备压力输出的日程默认功能；（3）故障旁通功能；（4）断电后上电自启动功能；（5）远程控制功能；（6）自身能耗及保养成本极低；（7）安装简单。

3改造后节能分析

3.1压力测量情况

该纺织厂关键空压压力为空压站的供气压力、厂房供气压力和使用压力，针对这些压力，采用Data logger对空压系统运转数据进行了监测和记录。测点分别布置在低压主管、低压车间用气入口、高压主管、高压车间用气入口。测量期间4点压力同步记录监测压力变化，以观察空压机系统整体压力降与波动情况。

图3测点布置实例

图4 IFC控制压力变化效果图(1bar=14.5psig)

根据记录空压机管线压力，在IFC控制下压力由5.1bar（73.95psig）下降到4.3bar(62.35psig)。由图4也明显看出，采用IFC控制后系统供气压力明显下降。供气压力、及压力降就下降，意味着空压机的功耗下降，系统达到节能的目的。

3.2改造后性能

3.2.1节约能源

IFC控制空压机与传统控制的空压机比较，能源节约是最有实际意义的，根据压缩空气需求量来供给的空压机工作是经济的运行状态，节省电费约5%。

3.2.2运行成本降低

传统压缩机的运行成本由三项组成：初始采购成本、维护成本和能源成本。其中,能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过IFC能源(电能)成本降低5%，再加上压力恒定对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。

3.2.3提高压力控制精度

IFC控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。由于IFC控制,供气压力精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持在1pisg变化范围,也就是0.07bar范围内，有效地提高了工况的质量。

3.2.4延长压缩机的使用寿命

它的启动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。

总之，采用IFC后，系统不但可以节约电力费用，延迟空压机是寿命，并可实现供气压力恒定，提高生产效率和产品质量

4结语

对空压机系统采取节能措施，将会对用户节省投资、降低成本、提高效益起到重要的作用。在能源匮乏的今天，合理配置空气压缩机系统并达到节能效果，变得极为重要。在满足生产工艺要求的前提下，尽可能降低供气压力和压力降，将起到节能的作用。改造后的空压机系统，运行安全、可靠，同时达到了生产工业的要求。采用IPFC流量控制器，在精确地控制空压机压力的同时，延长空压机的寿命，并大大节约了电能。

纺织厂压缩空气机价格昂贵，运行费用也较高，空压机连续24h运转，大约10年后将进入故障多发期。针对节能设备，应对相关人员进行教育训练，认识空压机节能设备（IFC）的操作、安全维修保养程序、故障测试及维护要领。加强日常运行中的维护和保养，将延长空压机的寿命和大大降低维修成本，并创造更好的经济效益。

[1]秦宏播，胡寿根.工业压缩空气系统优化潜力研究[J].流体机械, 2010,38(6)：49-52.

[2]蔡茂林.空压机能耗现状及系统节能潜力[J].中国设备工程, 2009,(7)：42-44.

[3]孙晓名，彭恒，林子良.动力用空气压缩机能源效率探讨[J].流体机械,2013,41(11)：48-51.

[4]李莉.提高工业压缩空气系统能效途径的探讨[J].能源技术与管理,2007(3)：87-89.

[5]郭天霞.基于空气压缩机节能措施的研究.科技致富向导[J]. 2011(8)：333.

[6]袁有增.压缩空气系统节能降耗浅析.棉纺织技术[J].2008,36 (10):588-590.

[7]王荣文，张振国，王新峰,等.卷烟厂空气压缩机组合运行模式探讨[J].煤气与电力,2012,32(12):B23-B28.

王虹（1978—），女，山东滨州人，河南工程学院讲师、博士，研究方向：暖通空调。