浅析空压机系统节能改造方案

    孙煜晗 张显威

    摘 要：空压机作为制造厂最常用的设备之一，其所产生的廉价、适用的压缩空气能源倍受许多家企业青睐。根据某企业统计，空气压缩系统总成本中，运转能源消耗费用占约75%，压缩系统初期购置费用仅占总成本的约12%，其高额的运转能源消耗费用无形中增加了企业的运营成本；更为严重的是，空压机主机磨损、小功率多台设备并联供气、管路布置不合理等均可造成巨大的能源浪费。因此设计一套安全可靠、节能高效、压力稳定的空气压缩系统已成为企业的迫切需求。

    关键词：空压机；能源浪费；节能高效

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.011

    1 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。

    2 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。

    （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。

    3 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。

    4 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）恒壓供气。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。

    5 结束语

    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。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）.

    作者简介：孙煜晗（1988-），女，辽宁鞍山人，本科，助理工程师，研究方向：空压站设计。