空壓機系統節能改造方案探討

王猛 秦懷宇 孔德成

摘 要：空壓機系統是新疆中泰紡織集團的生產線的關鍵輔助設備，其能源消耗達到企業總能耗的15.6%;碳吸附車間空壓系統主要有7臺，包括兩臺185kW，兩臺135kW，兩臺200kW，一臺22kW。目前碳吸附車間一期壓縮空氣系統老舊，使用年限較長，并且主機磨損，排氣量降低、設備利用率低下，有時不能滿足生產;加載經常達不到設定壓力，屬于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。

關鍵詞：空壓機系統;節能;使用

空壓機是一種利用電動機將氣體在壓縮腔內進行壓縮并使壓縮的氣體具有一定壓力的設備。作為基礎工業裝備，空壓機廣泛的用于驅動各種風動機械、風動工具，在冶金、機械制造、礦山、電力、紡織、石化、輕紡等行業有廣泛的應用，是許多工藝流程中的關鍵設備。傳統的螺桿式空壓機存在一些明顯的技術弱點：如供氣量無法連續調節，氣壓容易產生大幅的波動;卸載時嚴重浪費能源;頻繁的啟停，影響電機的使用壽命，設備維護量大等等。近年來，通過變頻調速技術改變空壓機電機的轉速，而且空壓機的供氣流量隨著用氣流量的改變自行調節，達到真正的供需平衡，在節能的同時，也可使整個系統達到最佳工作效率，變頻螺桿式空壓機成為空壓機市場的發展趨勢。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、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大多數企業的迫切需求。

1 節能改造方案分析

1.1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，同時采用更加耐腐蝕的不銹鋼合金材料代替原無縫鋼管管道，其防腐性可將泄露的風險降到最低，減少管道內銹渣，減少管損，減少不必要的浪費;不銹鋼材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。

1.2高效設備節能改造

建議改造后的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。

1.3智能化改造

建議改造后的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。

2 節能改造后的優點

2.1節省人工

各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。

2.2安全可靠

壓縮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。穩定運行方式，增加備臺，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。

2.3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。變頻器根據用氣需要提供能量，沒有太多的能量損耗，電機運轉頻率低，機械轉動噪音因此變小，由于變頻以調節電機轉速的方式，不用反復加載、卸載，頻繁加卸載的噪音也沒有了，持續加壓，氣壓不穩產生的噪音也消失了。

2.4供氣壓力穩定。

傳統的空壓機，通過設定“工作壓力上限”和“工作壓力下限”將氣壓穩定在一定的范圍，這就導致，氣壓必定是不穩定的，而且有很大的浪費。變頻器可以閉環實時監測供氣管路中氣體的壓力，PID調節器比較當前壓力與設定壓力差值比較，保證輸出壓力始終維持在設定壓力，輸出壓力保持恒定，提高生產效率和產品工藝質量。

2.5啟動電流小、對電網無沖擊。

傳統的空壓機主電機采用Y-△減壓起動，起動電流約為額定電流3倍，仍然很大，對電網沖擊大，易造成電網不穩以及威脅其它用電設備的運行安全。變頻器可使電機起動、加載時的電流平緩上升，沒有任何沖擊;電機實現軟啟停，避免沖擊電流造成的危害，有利于延長設備的使用壽命。

2.6 節約能源。

傳統的控制方式，空壓機在加載時：從設定壓力到卸載壓力的加壓過程中，電能白白浪費掉，而經過減壓閥減壓的過程，也是在浪費能量;空壓機卸載時：關閉電磁閥使電機一直在空轉，這種調整方法同樣是極大的能力浪費，卸載時的功耗約占滿載的20%～40%。在變頻控制方式下，變頻驅動系統通過控制電機轉速來控制氣壓，使輸出壓力始終維持在設定壓力，輸出壓力保持恒定，避免頻繁加卸載導致的電能浪費。

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。

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