浅谈空压机系统节能技术改造

浅谈空压机系统节能技术改造

陈建军

(东方国际集装箱(锦州)有限公司,辽宁 锦州 121007)

摘要:为降低空压机系统运行时的能耗，促进节能环保，对某公司空压机系统的现状进行了分析。根据现场空压机的特点，提出了智能集控配合高效节能系统的改造方案。改造后的空压机能够满足系统的气量需求，提高了供气品质，减少了能耗浪费。

关键词:科技；创新；节能；减排

收稿日期：2015-03-31

作者简介：陈建军(1976—)，男，江苏泰兴人，主要从事集装箱新产品研发及生产设备管理工作。

文章编号：1674-5949(2015)02-023-03

中图分类号：TH45文献标志码：A

Technical Improvement of Air Compressor for Energy-saving

ChenJianjun

(Dongfang International Contatiner(Jinzhou) Co., Ltd, Jinzhou 121007, China)

Abstract:The operation of the air compressor system in a company is investigated with the aim of reducing energy consumption of the system. A centralized intelligent control program is implemented to improve the efficiency of the compressor system. The improved system provides enough air with higher quality while consuming less energy.

Key words: science and technology; innovation; saving energy; emission reduction

0引言

压缩空气是集装箱生产企业生产集装箱所需的重要动力源，传统压缩空气的气源为螺杆空压机，耗电量极大。节约空压机系统能耗，实现科学管理供气管路系统是企业降低电能耗用量的重要环节。

1现状分析

东方国际集装箱(锦州)有限公司(以下简称公司)有7台260 kW的英格索兰螺杆空压机，为公司的机加车间、喷涂车间、焊接车间提供压缩空气，供气压力为4.5～5.5 bar。系统改造前的主要工作方式有起动、停止、加载和卸载。空压机的进气口均设置有加载阀，通过加载电磁阀控制。空压机运行时，若排气压力低于设定目标压力的下限，则空压机控制器会命令加载电磁阀通电，从而将入口阀门完全打开，空压机处于满负荷加载状态；若排气压力高于设定目标压力的上限，则空压机控制器会命令加载电磁阀断电，从而将入口阀门关闭，空压机处于无负荷卸载状态，此时空压机实际为空转运行。

在当前空压机系统运行条件下，压缩空气制造、输送和使用环节均存在问题。

1) 空压机压力带宽设置偏高

由于空压机只能通过加卸载来调节压力，为了能够满足生产用气的最低要求，空压机的压力带宽普遍设置偏高。根据调查，绝大部分用户都会将压力带宽设置到1 bar以上，相当于系统存在了接近1 bar的压力浪费。根据经验可知，压力每升高1 bar，会增加至少7%的能源消耗。

2) 空压机存在频繁加卸载现象

每台压缩机根据各自出口的压力独立控制，导致过滤器及干冷机的压损直接拉升压缩机的出口压力，易频繁卸载；用气波动会放大压缩机出口压力的波动幅度，增大加卸载频率。

3) 空压机起动冲击影响设备使用寿命

机组频繁加卸载直接导致进气系统组件使用寿命缩短，间接导致机组其他部件如主机、主电动机负荷变化过于频繁，缩短寿命。特别是冷却器部件内部压力换热交替，严重影响冷却器芯的使用寿命。

4) 调节仅限于加卸载，无变频控制，导致压力不稳定，波动大；卸载时电流仍为额定电流的50%以上。

5) 管网复杂，无环形配管，导致终端设备压力波动大，压力损失大；流量计均为现场读数，无统一调度管理。

6) 用气量最大的抛丸工序的抛头直径为16 mm，耗气量大，影响周边设备；直通管压损严重，浪费大。

2系统改造方案

根据现场空压站的特点，提出了采用智能集控配合高效节能系统的方案(见图1)。

图1　空压机系统节能技术改造图

2.1方案特点

1) 将1#螺杆空压机的普通电动机更换为专用变频电动机，原机组由普通工频异步电动机拖动。普通异步电动机都是按恒频、恒压设计的，无法适应变频调速的要求，主要体现在：

(1) 运行过程中产生的高次谐波会增加电动机转子的损耗，降低电动机的效率；

(2) 普通电动机不适于频繁起动和停止的场合；

(3) 由于普通电动机的冷却风扇和机组同轴，因此低频率时的电动机温升较大，难以实现恒转矩输出。

使用调速专用变频电动机，尽可能地减小定子和转子的电阻，以弥补高次谐波引起的铜耗增加；强制通风冷却，即主电动机散热风扇采用独立的电动机驱动；具有更高的绝缘等级、更宽的频率调节范围，挖掘更多的节能空间。

2) 对1#螺杆空压机进行油路改造，使用专用的润滑油泵替代原机组的齿轮泵，保证机组润滑系统在调速改造后仍能正常运作。

3) 对1#空压机原有的电气控制回路进行改造，主要增加以下部分：

(1) 速度系统故障联锁保护；

(2) 特殊起动方式虚拟保护；

(3) 油路系统回路联锁保护；

(4) 空压机运行信号加载、信号故障、信号获取；

(5) 变频起动模式/工频起动模式切换信号。

4) 为1#空压机内部的风扇电动机电源和控制回路另外提供工频电源。

5) 保留1#空压机原有的控制方式，当高效节能系统发生故障时，机组可以回到原有的控制方式。

6) 为1#～8#空压机增加信号转换模块IR-PCB，并将模块输出信号接至智能集控系统。

7) 增加压力取样模块，监测储气罐的系统压力，并将此压力信号传输给高效节能系统和智能集控系统。

8) 通过转换开关将1#空压机设置在工频模式，保证1#空压机工频运行时电动机转向正确，并正常运行。

9) 通过转换开关将1#空压机设置在调速模式下，根据现场特性进行参数调整，系统调节框图见图2。

图2　系统调节框图

10) 设置智能集控系统的参数，进行空压机站联控调试。

2.2主要控制逻辑

采用英格索兰特针对螺杆空压机特有的“先进/后出”节能控制技术。系统实时检测气罐压力，一旦低于设定下限，将优先运行处于变频运行模式的设备。随着用气需求量不断增加，超出变频运行的压缩机的供气量，则会有压缩机以全负荷运行，而变频运行压缩机的速度会根据需要降低，以保持目标压缩机系统的压力。此外，如果用气需求量减少到变频运行压缩机调整范围以内，控制系统会对工频运行的压缩机进行卸荷，变频运行压缩机速度会根据需要进行增加，以保持目标压缩机系统的压力。

2.3特殊控制功能

1) 顺序控制。根据预先确定的顺序切换条件(时间或事件)进行运行顺序的切换，无需操作人员干预。

2) 事件控制。用户可以设定空压机系统某天某小时按照某个运行次序运行，直到下一个定义事件发生。

3) 手动控制。当前运行顺序切换到新的运行顺序也可以在触摸屏上通过手动方式实现。

3项目技术目标

1#无油螺杆空压机可实现20～50 Hz的频率范围调整，系统管线压力波动基本<0.05 MPa；大大减少卸载机会，从而缩短做无用功的时间；卸载时以原转速1/2速度进行卸载运行；供气品质能得到极大提高。此外，通过智能集控系统集中管理站房内的7台空压机，使用单点压力策略、能耗变化策略、优先序列策略运行最少数量的空压机，满足系统的气量需求，可避免不必要的能耗浪费。