基于空压机节能的研究

基于空压机节能的研究

钟植琛

身份证号码：46000719811208xxxx510535

摘要：空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。在各种行业中它担负着为工厂中所有气动元件，各种气动阀门提供气源的职责。空压机的能源消耗占到总消耗的77%，维护费用占到总消耗的18%，而设备投资只占到总成本的5%。空压机的电耗十分惊人。因此找到空压机耗能的原因，有针对性的解决，才能进行能效提高。

关键词：空压机节能；耗能原因；节能措施

引言：空压机作为基础工业装备，在冶金、机械、矿山、电力、建材、粮食及轻纺等工业行业都有广泛应用。空压机占大型工业设备的15%。空压机能量损失主要有空压机本身的机械损失及压缩空气的浪费损失、空压机空负荷运转损失、压缩空气的流动过程损失及其他损失。因此，如何采取有效的措施降低空压机运行所消耗的能源，对于提高企业的经济效益十分重要。

一、空压机耗能原因及节能措施

1.1控制方式：由于空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，选型时只能按最大需求来确定电机容量，造成空压机系统余量一般偏大。传统空压机都采用星三角降压启动，冲击大，且大多数空压机是连续运行，由于一般空压机的电机本身不能根据压力需求的变动来实现降速，使电机输出功率与现场实际压力需求量相匹配，导致在用气量少时仍要空载运行，造成巨大的电能浪费。加、卸载供气控制方式存在的问题；通过耗能分析知道加、载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。Pmin、Pmax之间关系可以用下式来表示：CPmax=（1+δ）Pmin是一个百分数，其数值大致在10%～25%之间。而若采用变频调速技术可连续调节供气量的话，则可将管网压力始终维持在能满足供气压力上，即Pmin附近。因此，其改变方法为：根据空压机运行特性知：Q1/Q2=n1/n2；H1/H2=（n1/n2）2；P1/P2=（n1/n2）3；（式中Q―空压机供给管网风量；H―管网压力；P―电机消耗功率；n―空压机转速。）由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空压机供给管网风量降为80%，管网压力降为（80%）

1.2电机消耗功率则降为51.2%，去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，就是调速节能的原理所在。应用变频调速技术进行恒压供气。通过压力变送器采集实际压力P送给PID智能调速器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，使实际压力P始终接近设定压力P0。本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力储气罐上加装一个压力传感器，将压力信号转换成4-20mA的电信号，送到变频器内部的PID调节器，调节器将信号与压力设定值进行比较运算后输出控制信号，变频器根据该信号输出频率，改变电动机的转速，调节供气压力，保持压力的恒定，使空压机始终处于节电运行状态。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。

1.3气体泄漏的防治：空压机的泄漏存在于整个系统，包括主机、储气罐、后处理、管道、用户等。经测算，一个只有3毫米的小孔，每月的泄露损失就能达到2000多元.但在整个系统中绝不会只有一个这样的泄漏点，而是无数个无法察觉的泄漏点组成。这样的泄漏点所造成的损失无法估量。常见的泄漏点主要有管道、接头、法兰、软管、排污阀、分支管路等。目前的测漏方法主要是电子超声波测漏，用超声波测漏时，一般能够发现上百个泄漏点。发现泄漏点后，治漏的主要办法就是密封，可用胶质材料堵漏。连接部分泄露比较明显的也应该重新组装，添加密封材料。治漏效果是根据空压机的大小，每年可节约成本少则几十万元，多则上百万元。此外可以装备无损阀装置，这些配件采用电子控制，体积较小，自动化程度高，成本较低，可有效地排泄冷凝水，自身泄漏几乎是零，规格和品种较多，能够满足各种空压机的需求。

二、空压机节能技术及其应用

2.1变频控制技术

传统的空压机调速是采用加载和卸载的瞬时方式实现，过电流较大，造成的电压波动与气压波动不仅造成了较大的能耗，还造成了设备较为严重的磨损，缩短了设备的使用寿命。变频调速技术就是利用变频器，根据电磁感应原理，通过改变电流的频率实现对空压机中电动机转速的控制与调节，其改变了传统的调速方式，具有更强的灵活性，能够在较短时间内实现空压机转速的多次调节，且调速过程更加平稳，减少空压机转速调节过程中不必要的能量损耗，提高了空压机的运行效率。与传统的调速方式相比，变频调速技术更加适应空压机轻载运行条件，调速过程中电动机的电能损耗也大大降低。

2.2基于负荷预测的控制技术

由于控制装置对空压机的控制调节具有明显的滞后性，导致空压机的调节通常较为急促，一方面造成了较大的功耗损失，另一方面对空压机也造成了较大损耗。通常在工业生产中，负荷的变化具有一定规律，因此通过对负荷变化的预测，提前对空压机进行控制调节，通过缓变满足下一时刻的符合需求，一方面减少了空压机的骤停昼起，避免了对空压机的损耗，另一方面减少了空压机调整过程中不必要的功率损耗，提高了空压机的效率。

负荷预测的准确性直接决定了控制的精确性，为了实现准确的负荷预测，一方面控制算法中设置有反馈校正以及滚动优化环节，利用负荷的变化实时对预测模型进行更新和校正，实现精准的短期预测；另一方面对负荷变化的大数据进行分析与挖掘，分析负荷变化的长期性规律，进一步提高预测精度。

2.3空压机群优化控制技术

单台空压机的控制调节方式较为单调，只能通过空压机中电动机的启停、转速调整以及导叶开闭等操作实现，难以满足不同的负荷变化，而应用空压机群后，通过对多台空压机的组合控制，更能够适应负荷多样的变化情况，同时通过负荷的合理分配，能够使每台空压机都运行在最佳的负荷状态，有效延长空压机的使用寿命，降低空压机的维护成本。

空压机群优化控制技术需要对系统中不同区域进行监控，及时获取各区域空压机运行状况、各存储罐存储状况以及各管道的压力状况，并根据参数变化情况，利用遗传算法、蚁群算法等实现对空压机群的优化控制。

2.4无功补偿技术

空压机中使用的电动机多为异步电动机，其能够随负荷的变化改变自身输出的功率，具有较强的适应能力。异步电动机在运行时会产生一定的无功损耗，当负荷发生突变时，无功损耗的突变将造成严重的能量损耗，因此利用无功补偿技术，采用电容器等无功补偿设备对空压机的无功损耗进行补偿十分有效，当异步电动机产生或吸收无功功率时，电容器可以起到吸收或释放无功的作用，降低空压机的电能损耗。

结束语：空压机作为工业生产中的重要设备，在诸多工业生产领域得到了广泛的应用，利用节能技术降低空压机的能耗水平，对提高资源的利用率，促进我国经济的可持续发展都有着重要的积极意义。相信随着相关技术的不断发展与完善，空压机节能技术必将得到更加广泛应用，发挥更加显著的作用。

参考文献：

[1]杨宁.空压机系统节能优化[J].能源研究与利用，2011（4）.

[2]袁帅军，郭利女，邓超，等.变频器在空压机中的应用[J].硅谷，2010.