空压机能耗分析与解决方案

余辉　王立业　王玉发

【摘 要】在全球能源需求持续增长而实际供应相对不断下降的严峻形势下，节能减排已势在必行，众多工厂也已在不断寻求潜在的节能空间。空压机的平均耗能占整个企业的约30%，部分行业的空压机耗电量占总耗电量的比例高达70%。从投资成本结构分析，空压机的节能重心在能耗上，针对于电机驱动类型的压缩机，能耗可以近似等于电耗。

【关键词】空压机；改造；一站式管理；节能减排

螺杆式空压机已经广泛应用于工业生产的各个领域，是应用最广泛的动力源之一。但也存在着大量的能源浪费，主要是电能、热能的浪费。

我公司通过合理管理，对设备的改造和余热有效的利用，每年可帮助企业节约能源消耗近 90万元，又能够间接减少CO2的排放，有着良好的经济、环境和社会效益。适宜推广。

1.空压机运行原理

压缩机接近100%的轴功率都消耗在，压缩空气产生大量的热能上，在通过冷却器散发到大气中。

2.我公司站内空压机运行状况分析

现空压站内共有6台设备运行，其中1台为变频螺杆机，5台工频螺杆机，由于我厂对气体的稳定要求较高，现站内空压机开机台数为根据生产线运行数量，人为预估开机。这种情况下，为保证用气端压力波动时压缩空气随时能够补充，需要在开机数量上开启备用机组待载。这样，多台设备会处于卸载状态。

空压机的卸载状态为：由于出口压力达到出口需求的设定点，电脑程序自动关闭进口阀。此时电机处于无负载状态运转，以保证在后端压力变化时，随时进入加载状态。空压机卸载时电流较低，但仍有较大的电能消耗。

以下为我公司空压机系统的运行数据：

从数据可以看到：

（1）若可以降低空压机卸载时间，将节约可观的电能消耗。

（2）合理的设备组合（开启）可减少设备运行时间—直接减少卸载时间。

（3）对空压机产生的热能进行回收，可间接的降低能耗。

（4）合理的保养周期可降低维修成本。

（5）原厂备件最大限度的减少非正常停机的损失。

3.空压机站房一站式管理

3.1智能集中控制

3.1.1 DCS360系统概述

本控制系统是针对Atlas压缩机的生产使用工艺要求设计制造的自动化控制系统。通过集中控制空压站系统，逻辑智能控制空压机及辅助系统的运行，达到节省能耗、精确控制、操作维护方便的功能。集控系统实现对压缩机参数、状态的显示及干燥机、过滤器等设备的在线控制和监视优化，保证整个压缩空气系统的长期安全、经济、合理和高效运行，并为制定最佳的保养周期提供可靠的依据。控制系统能将全面数据传送至工厂集控中心，实现全厂范围统一管理。

3.1.2控制的说明

空压机由集控系统控制空压机6台、干燥机6台、阀门（共16套）其它设备视情况添加到集控系统中。

通过COMBOX-S/P模块，Modbus/Profibus协议将数据传输到DCS360系统上进行显示。将空压机数字量信号通过现场硬接线方式，接入到集控系统中。

3.1.3简图

3.1.4空压机集控系统功能和特性（FDS）

控制系统压力控制。

在空压机集控柜的触摸屏和上位机上，用户都可以设定目标压力范围。空压机控制柜使系统的压力控制在设定的范围之内。一旦系统检测到系统压力低于设定目标压力下限时，就会自动按照设定程序设计自动启动或加载相应的空压机；在系统压力高于设定目标压力上限时，控制系统将自动按照程序运行卸载相应的空压机，空压机长时间卸载后将会自动停机，以节省能源消耗。

（1）适用集中控制的空压机，必须保证其具备自动重起动功能，即在长时间卸载运行后空压机会自动停机，在接到加载信号会自动起动并加载。

（2）DCS360的程序将根据生产线的运行套数，顺序控制四台ZD设备的启停；如启动顺序为1-2-3-4，停止顺序为4-3-2-1；顺序逻辑可以根据用气需要设置有多个顺序排列组合，满足启动不同产线的用气需求下，启动不同组合的设备。

（3）预先在集中控制系统将空压机的功率信息设定程序中，DCS360将根据后端压力测点变化，程序自动识别机组信息，进行运行顺序的切换，无需操作人员的手动干预。

（4）DCS将每套系统内的各台空压机产气量数据采集，程序逻辑为根据后端压力变化趋势，自动选择最匹配的空压机启动或待载，在后端压力变化时随时启动；若压力在逻辑设置检测时段内处于较平稳状态，程序控制待载设备停机。

1）当某台机器出现故障时，能够按照预选顺序启动下一台机器。

2）重要参数设置（如目标压力，运行顺序）。

3）系统母管压力显示。

4）空压机运行/故障状态显示。

5）空压机的加载/卸载状态显示。

6）空压机主机温度、排气压力显示。

空压机集控优点。

（1）设备无人值守，减少操作运行成本。

应用了空压机集控系统，空压站房可实现自动运行，现场无需配置操作人员，可节约人力运行成本。

（2）系统压力稳定，节约能量，可为用户创造经济效益。

（3）未使用集控系统时，6台空压机的加卸载顺序是通过在空压机本机上的加/卸载压力带设置一个梯度来实现，这样系统压力波动较大（带宽大），且造成能源浪费。

使用集控系统以后，集控系统根据系统母管实时压力来集中控制多台空压机的加卸载，为单点压力控制，可以稳定系统压力在一个比较小的压力带内，为用户提供稳定压力，节约能量。

（4）自动故障处理，减少潜在的生产损失。

（5）强大的上位机管理功能：监控室远程监视站房设备运行状态和数据，故障信息记录，有利于企业优化管理。

3.1.5节能收益

直接收益：根据现我公司的设备运行状况，在满足必要待载设备数量，并通过减少不必要卸载备机的电能消耗，可以每年节省电量为：500000KW·h/年。

间接收益：通过降低设备运行时间，可以减少设备的无功运行时间，降低设备故障率，提高设备使用寿命。

3.2热能回收改造

热能在东北的应用很广泛，冬季取暖（热水空调、暖气片取暖）、生活用水（洗澡、洗手、食堂）、生产用水加热、锅炉水预热。

之前我们一提到热能，就会考虑到锅炉、电加热等大能耗设备，反观我们的工厂其实有很多的设备运转时都会产生大量的热，如果能把这些热量回收回来，不但响应了国家节能减排的号召，对于现在竞争越来越激烈的市场，降低我们的生产成本也有实际意义。

我们公司的耗能大户就是空压机，我们就从空压机入手，进行改造。

3.2.1热能回收改造概述

我们采用阿特拉斯.科普柯提供的热能回收装置。他是一个完整成熟的产品，在欧美国家早已广泛使用。主要由以下设备组成：水泵2台（1开1备），膨胀罐、换热器、 控制系统，显示系统、温度压力传感器等。可显示进水温度出水温度，冷却水进水温度、出水温度，回水压力、出水压力。采用电动三通比例阀，2台水泵采用机电互控，一台出现故障，另一台自启动，采用PLC控制、触摸屏显示，所有一次仪表采用传感器和变送器。整体带防护罩。采用纯水或蒸馏水循环，减少由于水结垢对能量回收装置造成的损坏当换热器损坏时，应用端的加热介质会被污染可更好的控制空压机的运行温度。

3.2.2空压机热能回收改造示意图

我们是玉米深加工行业，我们生产中需要大量的热水。我们将空压机收回来余热应用在我们公司的锅炉预热上，效果非常好。

我公司6台ZR250的空压机装机总功率1500KW，平均加载率70%，平均年运行10000小时，根据几年的回收经验回收功率在总功率的90%左右。一年就回收了成本。

3.2.3节能收益

通过AtlasCopco公司的专业热能回收改造，免费获得大量的热水，节省其他加热费用，降低企业的运行成本。

减少冷塔热负荷，减少冷塔的循环水量，减少冷塔的维护费用、减少冷塔蒸发水量等。

可有效防止空压机冷却器的结垢，影响空压机的运行。

响应国家的节能减排号召，获得国家节能减排的奖励，减少CO2排放，减少大气的污染。

绿色环保，一次性投资，长久受益。

3.3设备的创新型管理

在公司从粗狂性向节约型转变时，我们作为基层的管理者，要有新思路，着眼与细节。从细节中看整体，一个工厂就是一个整体。一站式管理，让所有的不合理无处藏身。 [科]

【参考文献】

[1]安德森（Anderson.J.D.）著.空气动力学基础.航空工业出版社，2010-02-01.

[2]邢国清.流体力学泵与风机.中国电力出版社出版时间，2009，02.

[3]邢子文著.螺杆压缩机—理论、设计及应用.机械工业出版社，2000，8.