基于IFC控制的空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

王虹　馮榮貞　段煥林

（河南工程學(xué)院河南鄭州450001）

基于IFC控制的空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

王虹馮榮貞段煥林

（河南工程學(xué)院河南鄭州450001）

空壓機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中重要的動力源，其節(jié)能降耗備受關(guān)注。文中討論了影響空壓機(jī)能耗的因素，提出采用一種流量控制器IFC對空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。采用IFC改造后，空壓機(jī)系統(tǒng)彰顯多種優(yōu)越性的同時(shí)，系統(tǒng)壓力降低、電力節(jié)能效益顯著。

空壓機(jī)；空壓機(jī)壓力；節(jié)能降耗；IFC；流量控制器

空壓機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)四大動力源之一，用于驅(qū)動、自動控制[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提高，壓縮空氣需求量越來越大。在我國工業(yè)生產(chǎn)中，空氣壓縮機(jī)是工業(yè)制造業(yè)的主要?jiǎng)恿υ矗淠芎恼伎偰芎牡?0%～35%[2]。空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能只占很小的一部分，約為15%，其他約85%轉(zhuǎn)化為熱量[3]。工業(yè)生產(chǎn)中，壓縮機(jī)耗電量占全國總耗電量的6%以上[4]。

在目前能源短缺、電力緊張的今天，壓縮空氣系統(tǒng)如何節(jié)能降耗受到各方面的關(guān)注。合理選擇空氣壓縮機(jī)及確定其運(yùn)行方案對節(jié)能減排有重要的意義。

在壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用的要求和特點(diǎn)綜合考慮，合理地選擇空壓機(jī)的配置方案，為節(jié)能降耗打下基礎(chǔ)。本文針對鄭州某紡織廠空氣壓縮機(jī)的現(xiàn)場運(yùn)行情況，采用了一種智能流量控制器（IFC），用于精確控制空壓機(jī)系統(tǒng)的排氣，并提出合理的運(yùn)行方案，對節(jié)能系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行了分析。

1影響空壓機(jī)能耗的因素分析

空壓機(jī)的電耗與進(jìn)氣壓力、排氣溫度、供氣壓力、排氣量等因素有關(guān)，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)節(jié)能運(yùn)行，以下工作要做好：

1.1空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣

進(jìn)氣壓力由當(dāng)?shù)卮髿鈮毫涂諌簷C(jī)吸氣系統(tǒng)阻力決定。空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣有兩種：一是室內(nèi)進(jìn)氣，二是室外集中進(jìn)氣。不論哪一種都必須采取過濾措施，不僅能延長空壓機(jī)的壽命，而且能降低功耗。過濾器在運(yùn)行一段后，過濾阻力增加，空氣壓縮機(jī)的吸力也會增加，流量會相應(yīng)下降。因此，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剡\(yùn)行環(huán)境狀態(tài)定期對過濾器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)和更換，使過濾器的阻力維持在一個(gè)較低的范圍內(nèi)，這也是節(jié)能的好措施之一。

1.2排氣溫度

排氣溫度嚴(yán)重影響空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和效率。排氣溫度每下降10℃，功耗也隨之下降3%[5]。提高冷卻器的冷卻效率，控制好溫度，不僅能使空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，還能進(jìn)一步降低功耗。因此，在夏季高溫季節(jié)，應(yīng)對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行全部檢查、維護(hù)保養(yǎng)，或清洗更換，把溫度控制在合適的范圍內(nèi)。

1.3供氣壓力及壓力降

壓力是針對整個(gè)系統(tǒng)，節(jié)能潛力較大。供氣壓力保持相對穩(wěn)定，壓力變化的范圍越大，說明系統(tǒng)的節(jié)能潛力就越大。供氣壓力每降低0.01MPa，功耗就相應(yīng)減少0.3%～0.5%[5]。在滿足生產(chǎn)工藝和使用要求的前提下，應(yīng)盡可能地降低供氣壓力。

傳輸過程中免不了存在壓力降，合理地控制壓力降有利于節(jié)能降耗。當(dāng)壓力降增加時(shí)，空氣壓縮機(jī)就要多做功，功耗就增加。壓力降每增加0.01MPa是，功耗就相應(yīng)增加0.3%～0.5%[6]。因此，應(yīng)采取有效措施降低壓力降，例如適時(shí)地更換油分離器、定期清洗干燥機(jī)空氣通道等。

1.4排氣量

空壓機(jī)的排氣量降低，則電耗降低。但排氣量由于受空分生產(chǎn)限制，在正常生產(chǎn)狀況下不可能進(jìn)行較大幅度地調(diào)整；通常為充分發(fā)揮空分的生產(chǎn)潛力，往往需要盡可能大的空氣量以滿足空分生產(chǎn)。當(dāng)空分產(chǎn)品過剩需減負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也可適當(dāng)關(guān)小空壓機(jī)導(dǎo)葉減少空氣量來降低電耗。但受“喘振區(qū)域的限制，空氣的調(diào)節(jié)量是有限的；另外，導(dǎo)葉關(guān)小后，空壓機(jī)吸入阻力會增加，對節(jié)電又不利。所以調(diào)節(jié)空氣量只能是空壓機(jī)的調(diào)節(jié)手段之一，但并不是節(jié)能降耗的有效途徑。

2空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造措施

2.1空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能前

該紡織廠關(guān)鍵用氣車間為織機(jī)車間（低壓車間用氣）和紡絲車間（高壓車間用氣），安全壓力底限分別為4.3bar和6.8bar。空氣壓縮機(jī)房共有8臺空氣壓縮機(jī)，并網(wǎng)使用，正常生產(chǎn)情況下為3臺備用，空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)為8400h/a。

2.2 IFC系統(tǒng)節(jié)能特點(diǎn)

IFC(Intel l igent Flow Cont rol lers)智能流量控制器，是空壓機(jī)系統(tǒng)用于精確控制用氣量、降低空壓機(jī)負(fù)載的節(jié)能設(shè)備，并通過恒壓供氣優(yōu)化生產(chǎn)制程、提高生產(chǎn)質(zhì)量。IFC流量控制器是用氣端需求控制，VSD變頻空壓機(jī)是產(chǎn)氣端供應(yīng)控制。雖然變頻空壓機(jī)（VSD）隨用氣量條件變化其節(jié)能效果相應(yīng)變化，但是一個(gè)空壓站只會安裝一臺VSD，需求增加則空壓機(jī)轉(zhuǎn)速升高流量增大，需求下降則空壓機(jī)轉(zhuǎn)速下降流量減少。與VSD系統(tǒng)不同的是，IFC是根據(jù)用氣量（需求）的變化靈敏控制總流量（供應(yīng)）的輸出，而且IFC則是控制整個(gè)空壓站的系統(tǒng)總量，且恒壓精度更高。

IFC空壓機(jī)系統(tǒng)的供需平衡控制是依靠壓力信號的變化及空壓機(jī)供應(yīng)的響應(yīng)來達(dá)成，壓力信號從用氣端傳遞到產(chǎn)氣端、再由產(chǎn)氣端做功產(chǎn)氣并輸送到用氣端的循環(huán)周期中需要經(jīng)過整個(gè)空氣系統(tǒng)并耗費(fèi)一定的時(shí)間，必然導(dǎo)致信號的損失及響應(yīng)的滯后性。所以，當(dāng)壓縮空氣輸送到達(dá)用氣工廠時(shí)，用氣工廠的需求又變化了，這時(shí)才完成的需求響應(yīng)就成為了浪費(fèi)，這種需求類似一種錯(cuò)覺，被稱為錯(cuò)覺需求。

IFC專門解決這種錯(cuò)覺需求產(chǎn)生的浪費(fèi)損失，其主要特征：（1）穩(wěn)定的壓力輸出（±1 psig/±0.07 bar）；（2）具備壓力輸出的日程默認(rèn)功能；（3）故障旁通功能；（4）斷電后上電自啟動功能；（5）遠(yuǎn)程控制功能；（6）自身能耗及保養(yǎng)成本極低；（7）安裝簡單。

3改造后節(jié)能分析

3.1壓力測量情況

該紡織廠關(guān)鍵空壓壓力為空壓站的供氣壓力、廠房供氣壓力和使用壓力，針對這些壓力，采用Data logger對空壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測和記錄。測點(diǎn)分別布置在低壓主管、低壓車間用氣入口、高壓主管、高壓車間用氣入口。測量期間4點(diǎn)壓力同步記錄監(jiān)測壓力變化，以觀察空壓機(jī)系統(tǒng)整體壓力降與波動情況。

圖3測點(diǎn)布置實(shí)例

圖4 IFC控制壓力變化效果圖(1bar=14.5psig)

根據(jù)記錄空壓機(jī)管線壓力，在IFC控制下壓力由5.1bar（73.95psig）下降到4.3bar(62.35psig)。由圖4也明顯看出，采用IFC控制后系統(tǒng)供氣壓力明顯下降。供氣壓力、及壓力降就下降，意味著空壓機(jī)的功耗下降，系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2改造后性能

3.2.1節(jié)約能源

IFC控制空壓機(jī)與傳統(tǒng)控制的空壓機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)壓縮空氣需求量來供給的空壓機(jī)工作是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省電費(fèi)約5%。

3.2.2運(yùn)行成本降低

傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項(xiàng)組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中,能源成本大約占壓縮機(jī)運(yùn)行成本的77%。通過IFC能源(電能)成本降低5%，再加上壓力恒定對設(shè)備的沖擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。

3.2.3提高壓力控制精度

IFC控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。由于IFC控制,供氣壓力精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在1pisg變化范圍,也就是0.07bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質(zhì)量。

3.2.4延長壓縮機(jī)的使用壽命

它的啟動加速時(shí)間可以調(diào)整，從而減少起動時(shí)對壓縮機(jī)的電器部件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機(jī)組起動時(shí)電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

總之，采用IFC后，系統(tǒng)不但可以節(jié)約電力費(fèi)用，延遲空壓機(jī)是壽命，并可實(shí)現(xiàn)供氣壓力恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量

4結(jié)語

對空壓機(jī)系統(tǒng)采取節(jié)能措施，將會對用戶節(jié)省投資、降低成本、提高效益起到重要的作用。在能源匱乏的今天，合理配置空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)并達(dá)到節(jié)能效果，變得極為重要。在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，盡可能降低供氣壓力和壓力降，將起到節(jié)能的作用。改造后的空壓機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)行安全、可靠，同時(shí)達(dá)到了生產(chǎn)工業(yè)的要求。采用IPFC流量控制器，在精確地控制空壓機(jī)壓力的同時(shí)，延長空壓機(jī)的壽命，并大大節(jié)約了電能。

紡織廠壓縮空氣機(jī)價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用也較高，空壓機(jī)連續(xù)24h運(yùn)轉(zhuǎn)，大約10年后將進(jìn)入故障多發(fā)期。針對節(jié)能設(shè)備，應(yīng)對相關(guān)人員進(jìn)行教育訓(xùn)練，認(rèn)識空壓機(jī)節(jié)能設(shè)備（IFC）的操作、安全維修保養(yǎng)程序、故障測試及維護(hù)要領(lǐng)。加強(qiáng)日常運(yùn)行中的維護(hù)和保養(yǎng)，將延長空壓機(jī)的壽命和大大降低維修成本，并創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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王虹（1978—），女，山東濱州人，河南工程學(xué)院講師、博士，研究方向：暖通空調(diào)。