空压机系统联网改造及压缩空气系统的节能与恒压控制

常健

【摘 要】介绍了各生产分厂纸机使用压缩空气情况，介绍各分厂空压站联网改造方案，以及改造后压缩空气合理使用和节能控制方案。

【关键词】空压机;压缩空气;节能;恒压控制

引言

压縮空气具有清晰透明、无污染、没有危险、易输送等特点，主要用于气用传动、风动工具、冷却、仪表吹扫、干燥、切割及火焰处理等。除了用于仪表的气体需要特殊干燥外，其他则直接供给用户。因此，空压站系统占据企业能耗很大比重，约占其全部能耗的10%～40%。在我国，长期以来压缩空气系统的节能并没有得到应有的重视。近年来伴随着节能减排形势的发展，对空压机系统在运行技术和运行管理等方面进行优化改进，挖掘节能潜力，降低空压机运行成本，正逐步在工业企业中得到实施。

1压缩空气系统产气和用气分布

压缩空气产气和用气如图1所示。公司有三套空压机组，分别安装在一分厂、三分厂和六分厂。一分厂有五台空压机，其中1号空压机功率为132kW，其余2号、3号、4号、5号空压机功率为75kW，工作压力能够达到0.85MPa。三分厂有四台空压机，分别是8号、9号、10号、11号，其功率都是75kW，工作压力能够达到0.75MPa。六分厂有两台空压机，分别是6号、7号空压机，其功率分别为75kW，工作压力能够达到0.97MPa。

在2008年以前，三个分厂空压机组都是独立运行。其中一分厂和三分厂空压机组各有1台为备用，各有1台根据生产情况进行手动压力调节。六分厂两台空压机24h全天运行，如果空压机发生故障，就需要将相应机台停止运行。2008年在检修期间对全厂11台空压机进行联网改造，解决了三个分厂空压机组独立运行的弊端，提高了空压机使用效率。初步实现了恒压运行并收到了节能效果。

2优化压缩空气供应方案

2.1压缩工艺电耗控制

压缩空气生产依靠大型离心压缩机，压缩空气生产电耗绝大部分是压缩机耗电。通过对压缩机工作原理和控制原理分析，压缩机运行负荷可以在允许工作范围内调节，在满足压缩空气供应基础上，适当降低压缩机运行负荷，可以达到降低电耗的目的。

2.1.1设定合理压缩机出口压力值，降低电耗

结合空压站压缩机运行情况，目前压缩空气高压系统送出压力为0.60-0.65MPa，压缩机出口压力保持在0.65-0.68MPa。空分车间一空装置4台进口机组出口设计压力为0.80-1.0MPa。在进行机组控制前，压缩机出口压力设定值为0.80MPa，远高于机组出口实际压力，压缩机控制系统为达到设定压力机组在运行中保持入口阀门全开，电机运行负荷长期在额定满负荷状态运行，造成电耗增加。为实施节能措施，根据压缩机出口实际压力，将运行的10#、12#、13#压缩机压力设定值定为0.66MPa，机组耗电量分别下降3%、5%和10%。

2.1.2控制压缩机入口阀门，降低电耗

催化剂厂压缩空气需求压力为0.42-0.46MPa，对于二空装置使用的国产1#、2#压缩机而言，由于机组属于手动控制，不具备自动调节出口压力，因此通过适当控制入口阀门达到降低机组电耗的目的。通过对压缩机入口阀门控制，压缩机出口压力保持在0.50-0.52MPa，机组运行电流保持在162A左右，相对188A的额定电流降低13%。

2.2完善压缩空气生产方案

通过一空装置和8000Nm3/h制氮装置流程优化，压缩空气生产方案调节灵活性和保障可靠性明显提高。一空装置4台压缩机，与8000Nm3/h制氮装置1台供风压缩机形成“开三备二”的压缩空气供应设备格局;同时，8000Nm3/h制氮装置供风压缩机也可以随时为制氮装置备用;在压缩风需求低负荷时，一空装置生产的压缩风也可以成为制氮装置的原料气。为确保生产方案的可靠性，我们组织对一空压缩机停机应急预案、8000Nm3/h制氮装置压缩机停机应急预案和应急操作卡进行了修订，两套装置联动操作的方式进行应急处置。通过模拟演练对装置间的协调方式、制氮装置压缩机阀门备用状态、排空阀门操作顺序进行了明确规定。经过逐个班组的应急培训，装置之间的应急处置时间由原来的6min缩短到4min。

2.3变频控制

在空压机选型时，为了保证生产需要，空压机额定供气能力为最大生产用气量的1.1～1.2倍，但是工厂的实际需求大多数情况只能用到额定供气量的50%～60%。为了保证供气量与用气量的平衡，传统的空压机启动方式多为加卸载方式，这种方式下空压机经常处于空载状态，造成严重的能源浪费。而变频控制的原理就是以供气压力为控制对象，现场压力由传感器监测，通过空压机出口管道的压力变送器将压力转变成电信号后反馈到变频器，变频器通过内置算法计算得到输出功率并进行调节，达到恒压供气的目的。变频控制消除了电机频繁启停对系统的冲击并减少了无功电流，提高了电能使用效率。根据实际情况，绘制出图2的压缩机负荷效率状况曲线，可知空压机采用变频调速后，节电率在15%～30%范围内，当负荷在65%时，变频调节控制节省了25%左右的能源。同时，如图3所示由于变频控制的技术优势保证了用气管网压力稳定，减少了管路压力波动引起的能耗约0.5%～1%。

3空压机运行状态监测

某公司每台纸机不但有自己的DCS系统，还有覆盖全公司的MIS管理信息系统。基于这个平台，一分厂、三分厂、六分厂三组空压机运行状态都引入到各自DCS系统中，便于一线操作人员了解本分厂空压机组运行状态。一分厂空压机组运行状态如图2所示。由于三组空压机组已经联网，使用压缩空气设备繁多。所以需要掌握所有空压机运行状态，包括运行压力。根据上述要求，将所有空压机运行状态和联网系统压力也引入到公司MIS系统中进行监测，如图4所示。这样不但每个生产分厂和调度室都可以监测到所有空压机运行状态和压力情况，如果发生异常情况可以进行相应调配操作。

结语

压缩空气作为工业领域广泛应用的清洁动力源，同时作为企业的能耗大户，其从生产、输送到应用三大环节的节能具有重要的现实意义。目前我国大部分工厂企业普遍存在空气压缩系统效率低下，能源浪费严重等问题，而且相关节能意识与经验不足导致运行费用年年增高。对空气压缩系统进行深度节能改造是需要各个环节相配合的复杂工作，在传统的节能措施的基础上辅以新型的变频技术、空压站智能监控系统及余热回收技术等会从整体上更大程度地降低系统能耗。这样的方法虽会增加一次性投入，但对应的是改造过后持续的能耗降低，优化了用气参数并保证了企业的用气质量。本文介绍了空气压缩系统普遍存在的问题和相应的解决方案，对企业的技术改造与节能优化具有推广作用。

参考文献：

[1]向冬枝，鞠建军，韩建超.造纸厂空压机的节能方法与途径[J].中华纸业，2008，19（20）.

[2]吴伟志，韩建超，刘小燕.造纸厂空压机噪声分析与治理[J].中华纸业2008，19（20）.

（作者单位：天津广正汇通新能源科技有限公司）