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空压机站节能运行管理系统的应用

更新时间:2015-01-27

高相家 何 明

(合肥通用机械研究院,安徽 合肥 230088)

摘 要:论述了实现空压机站节能运行管理的路径、方法和几个有效措施。

关键词:空压机站;排气量;变频;节能

中图分类号:TH455   文献标识码:B   文章编号:1671-0711(2014)09-0052-03



据全国能源基础与标准化委员会有关资料统计,工业压缩机系统年耗电量约占全国总发电量的9%左右。在一般工矿企业中,空压机系统年电能消耗约占企业总耗电量的10%~40%。本文论述了某水泥厂空压机站在实际运行中的节能运行管理系统的改造实施。

一、空压机站运行的节能路径

1.合理调配运行压缩机的台数,降低压力波动范围,提高单机运行效率

一般按下式来确定空压机站的总排气量

Q=ΣQ0 k{1+φ1+φ2+φ3}         (1)

式中:Q—空压机站总排气量的设计容量;

ΣQ0—用气设备消耗气量之和;

k—消耗气量不平均系数,取1.2~1.4;

φ1—漏损系数,一般取0.1~0.2;

φ2—用气设备磨损曾耗系数,取0.15~0.2;

φ3—不可预见的消耗系数,取0.1。

由式(1)可看出,设计容量与用户的实际需求排气量之比约为1.6~2.1,以满足用户需求。因此,绝大多数空压机站的运行负荷率在70%左右。为适应所需气量的变化大多采取部分或全部打开或关闭进气阀来实现。这样空压机就会在轻载和满载交替变换的状态下长期运行,效率低下,能源浪费较大,排气压力波动较大。

有鉴于此,空压机站应合理调配运行空压机的台数以适应供气量的大范围变化,减少空压机在所谓的“加载、卸载”状态下长期运行。对于供气量在较小范围内变化的工况,可以通过对单台空压机进行变频调速控制,达到降低压力波动的目的。

2.优化输气管网,减少气体泄漏和压力损失

对于压缩机站以及压缩气体传输系统,主要从管网和节点配置的科学化、合理化方面考虑:①减少空压机进气通道的阻力,以提高空压机的运行效率;②优化管网分布,尽量缩短压缩空气管路系统的长度,同时尽量减少管路弯头和分流节点的数量,减少压力损失;③严格控制压缩气体传输系统、空气净化设备和气动设备的泄漏。相关研究结果显示,在0.7MPa的压力下,一个直径为0.5mm小孔的泄漏量为17l/min(ANR),功耗约为60W;而一个直径为1.0mm小孔的泄漏量可达68l/min(ANR),功耗约为239W。可见,减少气体泄漏对节约能源至关重要;④实时监控空气净化设备的运行状况,是否泄漏或阻力过大等;⑤使用节能型气动设备,减少用气量、提高压缩气体利用效率。通过以上几个方面的管控,能够大大提高压缩气体传输和使用的效率。

3.合理设定使用压力,精心维护加强管理

在空压机的排气量基本恒定的情况下,根据供气需求压力、气体传输状况,科学合理地设置空压机排气压力对空压机运行节能极为重要。同时,对于用气压力不同的用气设备,应在用气压力较低的设备之前配置减压装置,以避免产生“高压低用”的浪费。对于因工艺而降低供气压力的情况,应及时重新设置空压机排气压力,提高空压机运行效率。

二、空压机站节能运行管理的解决措施

1.节能系统构架

按照上述节能路径,对某水泥厂空压机站进行了节能改造。该空压机站共计5台40m3/min螺杆式空压机,额定排气压力0.8MPa,单台功率250kW。通常开4备1。通过调研发现,在运行的4台空压机中,每台机器的加载率各不相同,平均加载率在70%左右,压力波动范围在0.62~0.74MPa之间,加载时电流为460A左右,空载时电流为180A左右,空载率较高,压力波动大。

据此,对该空压机站制定了如下的规划:将靠近用气设备的空压机改造为变频空压机,同时加装一套自主研发的基于传感器和变送器、PLC构成的数据采集控制系统、交流矢量变频调速系统、计算机数据库技术、网络通信技术的空压机站以及压缩气体传输系统的节能一体化集成运行管理系统。系统构架如图1所示。




2.系统主要功能

(1)自动化管理

在以上配置的空压机站节能运行管理系统中,可以根据实时采集的数据对空压机站内的空压机和相关设备进行统一监控调配,实现空压机站排气量在较大范围内无级调节,基本做到用气端的实际需求量与实际供气量一致,提高了运行效率。

(2)大范围气量的无极调节

变频空压机的恒压调速系统满足了排气量小范围的调节,保证了压缩气体传输系统的恒压供气,提高了供气质量。表1是各空压机的运行状态与空压机站供气量调节范围的对应关系,各空压机设定排气压力为0.65MPa。



从表1中可以看出,由于将5号空压机改造为变频空压机,按照相关标准规定,5号空压机的气量调节最大范围为额定排气量的40%~100%,即16~40m3/min,这样智能化管理软件系统根据空压机站的实际运行状况自动调配各空压机及其他辅助设备,使系统运行在相应的气量供需范围内。同时,由于该系统能够实现在用气量变化的情况下供气压力稳定,进而可以将各台普通空压机设置的排气压力上限从0.74MPa降至0.66MPa,变频空压机的排气压力设为0.64MPa。使系统供气压力稳定在0.64MPa附近,达到了进一步节能的效果。

(3)智能化管理系统

通过现场总线及工业以太网搭建的多层控制系统还具备以下功能:①空压机运行数据实时记录并生成报表(包括日报表、周报表、月报表以及自定义报表等)。包括各台空压机的电气参数(电流、功率、电压)、运行参数(加卸载时间、排气压力、排气温度、设备状态)以及供气管网压力等;②故障自动报警停机及故障类型记录,并提供基本故障分析;③提供分级管理和远程网络监控功能,通过工业以太网为用户提供多级的远程监控功能,方便企业高管、车间及设备管理人员、现场操作人员随机了解系统工作状态,实现本地及远程监控。

三、改造前后运行能效比较

表2是对水泥厂空压机站改造前后空压机运行状况和能耗的对比情况。



由表2可以看出,改造后的空压机基本消除了空载运行时间,供气压力的波动差也大幅降低,供气更平稳,同时空压机站的综合功耗也明显降低。需要指出的是,表中综合工况节能率21.5%是按照实测数据统计,用气高峰期占30%,正常用气期占70%的比例计算得出,不同的空压机站比例会有所不同。

四、结语

空压机站节能运行管理涉及到多方面因素,既要加强硬件方面的建设和更新,又要科学合理地配置相应的执行软件和日常管理措施,只有这样才能使空压机站长期在安全和高效的状态下运行。就本项目的运行情况来看,按照确定的节能路径和节能系统构架实施,其节能效果非常明显。

参考文献:

[1] 蔡茂林.压缩空气系统的能耗现状及节能潜力[J].中国设备工程,2009(7):42-44.

[2] 徐明等.压缩空气站设计手册[M].机械工业出版社,1993.12.

[3] 高相家,陈放.螺杆空压机变频节能改造的经济分析和技术方案[J].压缩机技术,2009(3):19-22.

(收稿日期:2014-07-10)



 

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