廠區壓縮空氣系統節能優化提升

吳富敏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

1 各個站房用氣需求

工廠的現狀是廠區內共有6 個空壓站房，分別是：廠區公用空壓站、發動機工廠空壓站、涂裝C 線空壓站、涂裝D 線空壓站、涂裝AB 線空壓站、發動機粗加工空壓站。6 個空壓站獨立運行，各站之間沒有壓縮空氣管道聯通，表1 為各個站房用氣需求。

表1 各個站房用氣需求

在保證滿足上述用氣要求的基礎上，降低整個壓縮空氣能耗的用電量和電費消耗。整個工廠壓縮空氣供氣管道全部聯網，由廠區空壓站集中供應，逐步取消發動機工廠站房、粗加工站房、涂裝東部與西部站房；建立壓縮空氣用量實時監控系統，最終由6 個站房統一為一個站房集中控制。工廠空壓站實現整個工廠中央集中CUC 站房，機子配比降下，維修保養成本、人員成本都將得到一定的優化。在自控系統上選擇上，盡可能的選擇廠家自己研究開發的中央集控系統，我們以阿特拉斯空壓機為例，我們應該選擇它自己開發的中央集控軟件Optimizer 4.0，在Optimizer 4.0 并網后，系統會選擇最低能耗的空壓機運，以實際控制合理調節壓縮機的IGV、BOV 開度，達到最節能的運行方式。廠區空壓站使用了中央集控系統軟件Optimizer 4.0 以后，可以基本實現無人值守，空壓機實現在穩定壓力的條件下實現自動裝載與卸載，滿足生產線使用。

2 現有的空壓機配置

現有的空壓機配置情況如表2、表3 所示。

表2 中央集中CUC

表3 冷凍干燥機

廠區空壓站的壓縮空氣系統處理流程如下：空壓機→儲氣罐→過濾器→干燥機→輸氣管。空壓機：空氣壓縮機是一種用以壓縮氣體的設備，將空氣壓縮至所需要的壓力。空壓機的選型有很多種類，大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。廠區空壓站是使用無油離心式壓縮機和無油螺桿式壓縮機配合使用。儲氣罐：作用是將壓縮后的空氣進入罐中，空氣中的水分雜質在罐中沉降，分離出大部分水、油、灰塵。經排污口通過電子排水閥或零耗氣排水閥排出罐外，同時也起到壓縮空氣系統穩壓，防止對管網壓力造成較大的波動。過濾器：根據用氣質量需求配備過濾器的數量、精度。基本配置過濾精度為3μm、1μm、0.01μm 的精度。還可以配備特殊要求的過濾器，實現對供氣質量的保證，如除油過濾器、除菌過濾器、活性碳過濾器等。干燥機：壓縮空氣干燥是相對的概念。壓縮空氣在使用過程中只要有溫度的變化就會有水分的析出。看需求所要求的露點配備干燥機，干燥機的使用可以相對的純凈空氣。干燥機通常包括冷凍式干燥機、吸附式干燥機和溶解式干燥機。廠區空壓站使用的是冷凍式干燥機，輸出的露點溫度為3～10℃。輸氣管：是將壓縮空氣輸送至使用點的管道。

整個站房配置：流量420m3/min，壓力露點3～10PDP，含油量≤0.01ppm，含塵粒徑≤1um，儲氣罐供氣壓力7.0Barg。

3 發動機工廠、涂裝車間

發動機的配置如表4 所示，其中流量170m3/min，壓力露點-20PDP，含油量≤0.01ppm，含塵粒徑≤1um，儲氣罐處壓力5.7Barg 涂裝的配置（3 個站房）為流量130m3/min，壓力露點-40PDP，含油量≤0.003ppm，含塵粒徑≤1um，不含酮硅。

表4 發動機工廠、涂裝車間配置

冷凍干燥機品牌型號：廣州漢粵/HAD-60MZ，裝機功率10kW，處理氣量65m3/min。吸附式干燥機配置如表5 所示。

表5 冷凍干燥機配置

4 主要采取節能措施

節能的主要方向是采用更節能的機型替代之前年限較久的舊機，降低管網壓損，從而降低空壓機出口壓力，有條件建議選用節能控制系統根據總管壓力優化機組運行，減小壓力帶寬[1]。在選型中我們所推薦的機型滿足用氣最大量。

4.1 節能方案

母管接入口在各個空壓機站的出口儲氣罐的方案，取代原有的空壓機站，如表6 所示。

表6 節能方案

4.2 節能節約核算

現有空壓機功率是按照電機名牌功率計算，實際運行是電機的輸入功率會比名牌功率大，通過測量運行電流來計算具體設備的功率。無熱再生式吸干機如果一直保持在-20℃的壓力露點下，耗氣量會大于15%，平均耗氣量約18%。離心式壓縮機是按最惡劣的環境進行選型，其功率相對準確，后處理設備選擇了零耗氣的吸干機。目前，擬定是-20°的壓力露點。如表7所示，改造后取消了4 級過濾器，降低空壓機運行壓力，降低電機功率的能耗。

表7 發動機車間

涂裝車間，空壓機功率是按照電機名牌功率計算，實際運行是電機的輸入功率會比名牌功率大，通過測量運行電流來計算具體設備的功率。無熱再生式吸干機如果一直保持在-40℃的壓力露點下，其耗氣量會大于15%，平均耗氣量約20%。離心式壓縮機是按最惡劣的環境進行選型的，其功率相對準確，后處理設備選擇了零耗氣的吸干機，目前，擬定是-20°的壓力露點。改造后取消了4 級過濾器，降低空壓機運行壓力，降低電機功率能耗，如表8 所示。

表8 涂裝車間

5 中央集控系統

如圖1 所示，中央集中CUC 站房增加了新機后將目前現有的管路聯網，現有中央集中CUC 站房空壓機為阿特拉斯空壓機，可以選用廠家自身控制系統如下圖，主要是針對Atlas 壓縮機而設計的Optimizer 4.0 系統。Optimizer 4.0 系統智能化的邏輯集中控制所有空壓機，達到節省能耗、精確控制、操作維護方便的功能。

圖1 中央集控系統

通過設定管網內所需要的供氣壓力，系統穩定壓力控制，Optimizer 4.0 通過壓力帶范圍內調節加載/卸載壓縮機，Optimizer 4.0 將按照空氣管網壓力設置點的方向進行調節。Optimizer 4.0 系統里提前精確定義不同機型在不同的環境溫度和不同的IGV、BOV 開度下或不同轉速下的產氣量，對比計算用氣端實際的用氣量之后，對整個用氣管網進行精確調節，通過給空壓機控制電腦發送指令直接合理調節壓縮機的IGV 與BOV閥的開度，在所有并網的離心空壓機中IGV 降低到最小開度，避免BOV 放空，同時空壓機無謂卸載。再通過規則和優化配置文件要求，決定空壓機的開關。系統通過計算壓縮機命令的最佳時間以使壓力保持在壓力帶范圍內，并且最大程度的降低開關對壓力的影響。從而達到穩定供氣需求，同時節約了大量的人員值班及能耗的費用。

6 結語

壓縮空氣是工廠必備的主要能源之一，空壓機組是高能耗設備。各工廠空壓站實現聯網和恒壓控制，不但提高了空壓機運行效率，還能夠保證壓縮空氣隨著用氣設備啟停實現恒壓控制，也在很大程度上實現了節能。