六西格玛管理方法对空压系统综合能耗降低的作用

郭逍遥 陈秀秀 吕玉凤

摘 要：本文以济南卷烟厂成功降低空压系统单位综合能耗的实践为例，介绍六西格玛管理方法在能源管理方面的应用。主要以实践案例分析的形式对上述问题进行根本原因分析和解决方案求索，使理论得到进一步的完善和升华，并通过六西格玛管理理论、项目管理理论与质量管理理论的结合，分析并解决生产过程中的管理问题。

关键词：六西格玛管理 空压系统 节能降耗

中图分类号：TM925.12 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（c）-0089-02

六西格玛管理是一套系统、集成的业务改进方法体系，旨在持续改进企业业务流程，实现客户满意的管理方法[1]。根据不同的需要六西格玛管理可以分为三类：用于制造过程的DMAIC；用于设计过程的DMADV；用于营运和服务性行业的MDACI[2-3]。

在卷烟产品的生产过程中，物料传送、包装、气动控制等工艺环节需利用压缩空气。压缩空气生产过程的常用节能技术包括：提高空压机自身效率、运用变频调速技术、空压机中央控制技术、余热回收技术、分压力供气和压力流量控制技术等[4-7]。因此利用六西格玛管理方法充分挖掘压缩空气生产和使用过程中的节能潜力意义重大。

1 六西格玛与空压系统单位综合能耗

1.1 流程分析

六西格玛质量管理基于全流程控制，压缩空气主要生产流程为：空气过滤、空气压缩、壓缩空气处理、冷却水循环和空压控制系统。根据系统详细流程图得出可能影响空压系统成本的55项潜在因子。通过C&E;矩阵，从各因素对系统耗电量和产气量两个方面的影响分析，进行初步潜在因子筛选。利用FMEA分析最终确定影响空压能耗成本的关键因子为：冷却水压差、冷却塔冷却温差、冷却塔进水阀门开度、过滤器压差、空压机组搭配方式、空压机压力调节方式。

1.2 分析与改进

1.2.1 冷却塔冷却温差、冷却水压差、冷却塔进水阀门开度、过滤器压差的影响

空压系统中冷却塔冷却温差、冷却水压差、冷却塔进水阀门开度、过滤器压差直接影响空压系统热交换效率，进而影响空压系统能耗，因此将四因子进行多元回归分析。通过逐步回归进行子集筛选，排除过滤器压差的影响。运用MINITAB对冷却塔冷却温差、冷却水压差、冷却塔进水阀门开度进行回归分析。

针对这三个因素通过响应曲面设计进行因子改进，并对拟合模型进行分析。在原实验范围内存在最优值。随后利用响应优化器直接求最优解，得到冷却塔冷却温差在8.3℃，冷却水压差在0.17MPa时，冷却塔进水阀门开度为81%时空压单耗最小。

1.2.2 空压机搭配方式的影响

空压正常供能过程中设备采用单机并联的运行方式，根据末端用气量，调整运行设备数量和压力设定值。空压机的组合运行根据空压终端使用量而变化，在不同用气量需求下开启不同数量和型号的空压机，因此本阶段对不同用气量下对应多种空压机运行组合方式对空压能耗的影响进行改进，从而实现空压机的最佳组合运行方式。通过对比不同用气量下多种空压机组合对空压系统能耗的影响，得到了空压机最优组合方式。

1.2.3 压力调节方式对空压系统单耗的影响

根据“伯努利定律”，流体在管道中达到平衡状态（V1=V2，P1=P2）时，当水平管道中流体的流速V1突然增大，其压力P1会减小，此时P2>P1，会导致V2增大。因此在如图2所示的一个管道环境中，当V2突然增大时，在其气流进入主管道时会有一个向四周扩散的趋势，这种趋势会促进V3的增大，同时阻碍V1使其减小。因此；在这种情况下，根据空气动力学中的“伯努利定律”，尽量调节母管中位置靠后的分管道压力，可以减少母管压力波动。

2 结语

本项目基于六西格玛管理理念，深入分析研究空压系统关键流程和环节，识别现有空压系统运行中存在的改进机会点，运用六西格玛工具，针对冷却水压差、冷却塔冷却温差、冷却塔进水阀门开度进行DOE实验，确定最佳参数设置；针对空压机组搭配方式、空压机压力调节方式进行单因子实验，确定空压机最佳运行、调控方式，使得空压系统综合能耗得到有效降低。

参考文献

[1] 熊月宏，祝秋军.基于六西格玛管理方法提高燃油锅炉汽油比[J]，节能，2011（2）：4-8.

[2] 郑镜雄.六西格玛方法在降低产品成本终的应用研究[D].天津：天津大学研究生院，2004.

[3] 何桢.六西格玛管理[M].北京：中国人大出版社，2014.

[4] 吴佩林，王建军，王华.工业企业压缩空气系统节能潜力分析[J].压缩机技术，2012（1）：38-41.

[5] 秦宏波，胡寿根.工业压缩空气系统优化潜力研究[J].流体机械，2010，38（2）：49-53.

[6] 叶校圳，张晓东，陈诚忠.空压机系统的节能改造技术[J].中国设备工程，2010（8）：67.

[7] 陈丙臣，王三功.空压机系统节能改造[J].中国设备工程，2014（5）：10-11.