工业用空压站节能技术应用实践

工业用空压站节能技术应用实践

李文涛

中车大连机车车辆有限公司       辽宁大连    116022

摘 要：空气压缩机能耗很大，经过对空气压缩机的实际测量和调查验证，得出了空气压缩机能耗高的主要因素，即无负荷能耗、压差导致的能耗、运行管理不规范、压缩机设计不合理、压缩机维修保养不当、用气设备的气压设置不合理、用气周期设定不合理、管道渗漏等。利用巨伦系列的能源产品来进行空压机的改造与升级，可以极大地减少空压机的空载及压力差的能量消耗，并且可以达到多台机组的群控效果，可以有效地克服空气压缩机的一些早期弊端，从而改善空气压缩机的运行安全，减少人员的劳动消耗，取得较好的节能效果。

关键词：空压机能耗；节能改造；空压站智能节电控制系统

由于空气压缩机运输方便，储存方便，安全可靠，清洁环保，已经是继工业领域之后的第二大动力源，在机械，化工，电力，电子，汽车，食品，医药，国防等众多行业中都有着重要的应用。压缩机能耗很高，在整个企业用电总消耗中，大约有10%—35%是空气压缩系统的电能耗，而空压机则占据了90%。目前，我国的压缩机负载率仅为66%，存在着低效率和高能耗等问题，“十四五”将其列为节能降耗工作重点之一。在空气压缩机的具体操作过程中，可以采取降低空载率、合理布置输气管线、降低管道漏气和压损、强化对压缩机的日常维护、选用高效的电机等传统手段来降低能量消耗，但是还没有将压缩机的节能潜力充分发挥出来。当前，对压缩机进行的节能改造，包括变频调速、废热回收、联控器控制、新材料管路的优化设计和改造，变频调速可以实现10%～35%的节能，集中控制调节节能量可达5%～15%、热能回收节能量可达到20%～40%、新材料管路优化设计与改造节能量可达到5%～15%、恒压控制节能量可达到10%～30%。

1.造成空压站能耗浪费原因

1.1 空载引起的能耗浪费

当前，我国大部分空压机的启动和关闭仍采用手工方式，当负荷变动较大时，系统无法迅速做出响应，无法对压缩机进行位移调节，从而使各个压缩机处于无负荷状态，且其空载工作能力通常为全负荷状态的35%—55%，随着空车持续时间的增加，能耗不断增加。

1.2 压差引起的能耗

螺旋压缩机有两种工作方式，分别是上/下运转和空/满负荷运转。加/卸控制模式下，压缩机的工作压力从 x到y进行运动，有一个气压爬坡的能量消耗，数据表明，压缩机的工作压力每提高1公斤，能量消耗就会提高5%～6%，所以这是一种真实存在的能源浪费。

1.3 运行管理不规范

在空压机的工作中，一般有两种方法：一种是对管理者进行考评，这种做法会造成能少开就少开的情况，不能保证流水线的正常工作，或者由于气压不能满足设备的使用需求，造成用户的最终事故增多；二是没有对管理人员进行考评，这样就会出现多台压缩机多空的情况。不论采用何种方式，均会增加机组用电的消耗，对机组的安全运行不利。

2.解决措施与方案

2.1 减少空载能耗

智能化的能源管理系统可以按照使用者的要求，实现对设备的自动化运行。通过优化空压机的流量调节振幅，使传统的压缩机运行模式由 N立方或 N立方的比例开闭模式转变为1- N立方的自动运行模式。当所用空气量剧烈变化时，本设备能够快速做出反应，及时增减空气压缩机的开启和关闭次数，由此调整空气压缩机的输出，实现按需制造燃气的目标，使整个空气压缩机的工作更加科学合理，进而降低能耗。减少了维修费用，延长了空气压缩机使用寿命。空压机的选型要依据使用者的需求、气压、起伏状况、气候状况等条件而定。通常情况下，大容量单元好于小单元，低压段比单级压缩机好，高产能比螺杆压缩机效率高。大机器和小机器之间的合理匹配能够提高负荷，降低单位生产能耗。经过适当的设计，总体上可将其性能提升10%～20%。

2.2 降低压差能耗

智能节能控制系统可使工作压力维持在±0.2 kg之内，达到稳定供应，减少了由于空气压力升高引起的电力损耗。在确保供气压力稳定的同时，降低了终端电气单元内的压力波动，延长了机组运行时间，提高了机组的运行稳定。一条完善的管路的设计，可以用它的阻力来衡量，从空气压缩机的排气压力到管路末端的压力不超过5%，并且不超过0.35 kgcm2 （两者之间取其最低），对于管路的损耗程度有很大的影响。更精确的压损标准适用于制冷器、干燥器、滤清器、调节阀等组件。当压降为1 bar时，电能消耗将增加7.5%。经过适当的改进，通常可以节约5%～15%的电量。

2.3变频节能改造

在压缩机安装了变频器之后，能够将压力设置在一个点上，也就是说，能够将符合生产设备需要的最小压力值作为设置压力，变频压缩机会按照管道内的压力变化，调整压缩机的速度，对压缩机的输出进行控制，以此来实现管道内的压力的平稳，同时也能保证系统的正常运行。从而减少乃至取消了压缩机的卸压操作，从而达到节能目的。另外：变频空气压缩机自身启动顺畅，无大电流冲击，启动时也可降低电力损耗。经变频调速后，一般可节省10%—35%的电能。

3.4节能监控系统改造

通过对空压机组在空分装置中的调整模式进行优化，对流量和压力控制工艺进行优化，使机组的能耗大大增加。现在以常规的典型加/卸调整模式和智能化节能监测调整（空气压缩机调整模式改变前后的性能对比）为例子：

（1）调节形式：在进气门工作状态下进行加－卸压；

（2）节约能源，进气门调整的气体产量为60%～100%，水流几乎维持在全负荷状态，造成了较大的损耗；在没有生产气体的情况下，螺杆的加卸式调整，其流量仍然保持在全负荷状态的30%以上；五成，这是一次巨大的损失。改进后的压气机工作情况：

（1）调节模式：智能化的能源监测与调控；

（2）节约效益，未经改装的压缩机工作在全功率（全功率时全功率生产）或关机（无工作电流，无气体生产），基本不会产生电能损耗，经改装后的压缩机，可以按照网络的压力，对速度进行自动调整（电流随着速度的改变而改变），因此，基本不会产生电能的损耗。可以提高10%到15%的效率。

结束语：

综上所述，对原有的空压站进行了技术改造，节省了运行费用，降低了生产成本，降低了维修费用，提高了空气压缩机的使用寿命。并在此基础上，对空分装置进行“统筹兼顾”，精确、经济、精细地利用，实现供气均衡与最优，从根本上消除电力损耗。

参考文献

[1]苟义昌.工业用空压站节能技术应用研究[J].机械, 2020(01):241-243.

[2]陈必贡.变频器节能技术在矿山空压机改造中的应用[J]（太原）首届中西部十二省市自治区有色金属工业发展论坛，2022(02):352-354.

[3]乐瑞.空压机组能耗诊断及节能技术在纺织领域的应用研究[J].西安工程大学，2023(06):241-243.