淺析空壓機系統節能改造方案

孫煜晗 張顯威

摘 要：空壓機作為制造廠最常用的設備之一，其所產生的廉價、適用的壓縮空氣能源倍受許多家企業青睞。根據某企業統計，空氣壓縮系統總成本中，運轉能源消耗費用占約75%，壓縮系統初期購置費用僅占總成本的約12%，其高額的運轉能源消耗費用無形中增加了企業的運營成本；更為嚴重的是，空壓機主機磨損、小功率多臺設備并聯供氣、管路布置不合理等均可造成巨大的能源浪費。因此設計一套安全可靠、節能高效、壓力穩定的空氣壓縮系統已成為企業的迫切需求。

關鍵詞：空壓機；能源浪費；節能高效

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

1 空壓機改造前運行狀況

空壓機系統是某公司的生產動力輔助設備，其能源消耗達到企業總能耗的15.6%；合成車間低壓空壓系統主要包括6臺90kW單級螺桿機空壓機及其冷干機等設備，運行方式為4用2備。目前該車間壓縮空氣系統老舊，使用年限較長致使主機磨損，排氣量降低、設備利用率低下；控制仍采用早期手動控制方式，加卸載靠上下限設定壓力運行，壓力偏高區域段運行；單級壓縮螺桿空壓機組，輸入比功率較高而利用率低，不屬于國家節能認證設備；另外整個系統管網布置混亂，彎頭較多且不符合規范要求，造成額外的壓力損失；以上造成了電能浪費。經現場實測，該空壓機系統加載率為86%-92%，運行壓力在5.9-6.8KPa，比功率為8.2kW/m3/min，此比功率高于GB19153-2009《容積式空氣空壓機能效限定值及能效等級》中“一般用噴油式單螺桿空壓機的能效等級”3級要求，屬于高能耗設備，因此進行改造是很有必要的。

2 節能改造方案分析

（1）整合節能改造。根據現有生產用量以及后續的增量計算，未來將運行6臺空壓機，造成沒有備用設備的生產安全隱患，同時能源浪費擴大化，對現有6臺空壓機進行整合，選用3臺220kW兩級壓縮空壓機設備替換，減少每臺設備單獨經過獨立的過濾系統時會造成一定的壓力損失，避免引發管網壓力偏低而壓縮機供氣壓力升高，降低電力消耗，滿足用氣終端供氣要求。

（2）高效設備節能改造。改造后空壓機為兩級壓縮永磁變頻空壓機，主機采用大小不同的兩組螺桿轉子，實現合理的壓力分配，降低了每次壓縮的壓縮比。比功率達到5.81kW/m3/min，為一級能效機組。改造后運行方式為2用1備，其中1臺為變頻控制，運行時為1工頻與1變頻配合，根據現場的實際用氣按需輸出，變頻智能調速恒壓供氣，保障工頻一直處于加載狀態，避免空壓機頻繁加卸載，保護空壓機，啟動時減輕電網的負荷，同時變頻和工頻可切換（變頻故障時不影響機器使用）。將輸出壓力設定在恒壓輸出（精確到0.1Bar）可節省過壓造成的浪費，同時延長氣動工具的壽命，提高輸氣質量，既保障了穩定生產又能達到能效最大化。

（3）智能化改造。改造后空壓機使用智能管理系統，可將處于各地的空壓機通過互聯網加入到云計算平臺，可實時監控系統下的空壓機，發現空壓機運行中存在的問題，能夠查詢完整的報警歷史曲線，以便對故障進行推斷和預防，提供空壓機的節能分析報告，可為后續發現節能改造空間，降低運行成本，提供技術支持。

（4）供氣管道改造。通過系統性的規劃設計，每條管路、彎頭及輔助裝置配置更加合理，減少每條供氣管路的壓力損耗，同時采用更加節能的鋁合金代替原無縫鋼管管道，其防腐性可將泄露的風險降到最低，減少不必要的浪費；鋁質內光滑表面能以更少壓降提供更多的空氣，從而顯著的降低運行成本，保障用氣末端的壓力。

3 節能效果及經濟效益分析

（1）節能改造前用氣成本。該車間空壓機系統每立空氣耗電0.136kW，24小時運行，每天壓縮空氣預計用量為12.44萬立，耗電量為1.69萬kWh，每年運行330天，電價每度0.63元。

每年電費=年用電量×電價=1.69×330×0.63元/kWh=351.73萬元/年。

（2）空壓機系統改造后的效益。改造后空壓機比功率為5.81kW/m3/min，每立空氣耗電0.097kW，每立空氣可節電0.039kW，每天可節省電費3056.51元。

每年節省電費=3056.51×330=100.86萬元/年。

4 改造后優點

（1）安全可靠。空氣主要用于制取氮氣和儀表氣源，一旦出現問題會造成不良影響。改造后空壓機采用大轉子低轉速主機、角接觸球高效軸承，可靠性更加穩定。運行方式改為2用1備，聯合控制，保障緊急停機或故障的供氣穩定。同時采用雙回路供電，進一步提升供氣安全。

（2）節能降耗。改造后節能率達到28.68%，有效降低空氣運行成本和維護成本，在醫藥行業市場壓力逐漸增大的環境下，有效降低成本，可增加市場競爭力。

（3）恒壓供氣。由于改造后是1工頻與1變頻配合，變頻控制具有精確的壓力控制能力，使壓力-轉速-功率達到動態平衡，空氣壓力輸出與用戶需求的氣量相匹配，使管網的系統壓力變化保持在要求范圍內，有效地提高了工況的質量。

（4）節省人工。由兩個車間空壓站合并為一個集中供氣的空壓站，可減少一個站人工，同時實現智能控制以后，能夠遠程實時監測空壓機運行狀態，減少員工勞動強度。

（5）降低噪音。改造后空壓機采用低噪音主機，低轉速離心風扇以及變頻油冷風扇，同時對殼體和壓縮機進氣消音，噪音與原系統比較下降約20至25分貝。

5 結束語

空壓機系統做為公司的生產輔助設備和動力設備，其穩定性和運行成本直接關乎公司的效益。改造后空壓機系統既實現安全、可靠、恒壓供氣，又提高空壓機運行效率，達到最佳節能效果，進一步提升公司市場競爭力。

參考文獻：

[1]田郭毅.空壓機節能運行措施探討[J].內江科技，2018（06）.

[2]宋韌，劉淑婷.空壓機節能改造新技術應用研究[J].資源節約與環保，2012（06）.

[3]楊銀初，何海崗，王志藝，余琳玲.基于雙永磁變頻兩級壓縮技術的空壓機節能改造[J].機電工程技術，2018（03）.

作者簡介：孫煜晗（1988-），女，遼寧鞍山人，本科，助理工程師，研究方向：空壓站設計。