降低空压系统千方压缩空气耗电量

(河南中烟工业有限责任公司驻马店卷烟厂，河南 驻马店 463000)

引言

节能是指加强用能管理，采用技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理的利用能源。驻马店卷烟厂为了对标先进、争先创优和打造标杆企业，立足自身装备现状，深化用能精益管理，引入六西格玛管理理念，推动企业能源指标持续下降。

一、空压系统现状

为了解空压系统电能消耗的的现状，收集当天的空压机组耗电量和压缩空气产量。通过千方压缩空气耗电量的计算公式：

千方压缩空气耗电量＝空压系统耗电量/压缩空气产量

计算得出千方压缩空气耗电量，并对能耗进行过程能力分析，如图1所示，均值为158.175kW·h/km3，Cpk 为-1.22。基准Z 值为-3.66，过程能力改进空间很大。

二、研究内容分析

为了找到影响空压系统千方压缩空气能耗的根本原因，梳理空压机控制系统、查阅相关资料和现场实际观察等方法，找到了4 条潜在原因，分别为：进气调节阀开度、冷却水温度、冷却水流量调节阀开度、油气分离器滤芯更换时压差[1、2]。

为了验证这4 项因素对空压系统千方压缩空气能耗的影响是否显著，制定数据采集计划如表1 所示。

表1 数据收集计划

为了验证不同进汽调节阀开度对电能消耗的影响，分别收集阀门开度在65%、80%、95%时的耗电量；冷却水温度分别在20℃、30℃、40℃下空压机电能的消耗；冷却水流量调节阀开度分别在50%、70%、90% 下对空压机电能消耗影响；油气分离器压差分别在0.2bar和0.6bar下对空压机电能消耗影响。

通过单因子方差分析[3]，发现进气调节阀开度、冷却水温度、冷却水流量调节阀开度对空压系统千方压缩空气能耗的影响是显著的。利用双样本T检验，验证油气分离器压差是影响空压系统千方压缩空气能耗的关键因子[3]。如表2 所示：

表2 各影响因素确认结果

三、影响因子的研究方案

由于进气调节阀开度、冷却水温度、冷却水流量调节阀开度和油气分离器压差理论上没有交互作用，为减少试验的次数，进气调节阀开度、冷却水温度、冷却水流量调节阀开度三个因子进行DOE 分析[3]。油气分离器压差利用回归分析，确定更换油气分离器滤芯的压差[3]。

(1)全因子DOE 试验

对空压机进气调节阀开度、冷却水温度、冷却水流量调节阀开度三个因子，进行两水平，四个中心点进行全因子DOE 试验。三个因子的取值范围分别为：进气调节阀开度（50，100）、冷却水温度（20，40）、冷却水流量调节阀开度（60，100）。生成响应变量优化器结果图，如图2。

根据实际情况，为方便参数控制，各变量的值取0 位小数。手动调整各响应变量，使空压机电能消耗值最小。最佳处理组合为进气调节阀开度＝73%、冷却水温度＝29℃、冷却水流量调节阀开度＝100% 时，空压机千方压缩空气耗电量最小。

(2)回归分析

为了分析不同的油气分离器压差对千方压缩空气耗电量的影响，收集油气分离器压差在0.2bar、0.3bar、0.4bar、0.5bar、0.6bar、0.7bar 下千方压缩空气耗电量数据并进行回归分析，得出千方压缩空气能耗与油气分离器压差的拟合线图，如图3 所示。

从图中可以看出，油气分离器压差在0.2 bar 升高到0.5bar 时，千方压缩空气能耗上升较缓，当油气分离器压差由0.5bar 升高到0.7bar 时，千方压缩空气能耗出现较陡峭的上升。如果选择更小的油气分离器压差更换分离滤芯，会增加维护成本，因此，当过油气分离器压差升高的0.5bar 时，应及时更换油气分离器滤芯。

四、研究分析结果验证

按照研究结果对各个影响因子进行改进控制后，收集空压系统电能消耗数据，进行最终效果确认。

改进控制完成后，千方压缩空气耗电量过程能力Cpk 由改善前的-1.22提高到2.22，空压机千方压缩空气耗电量降低到133.818 kW·h/km3。

五、结语

通过一系列的改进，不仅仅达到了降低空压系统电能消耗高的目的，更重要的对六西格玛管理有了全面的认识，深刻体会到六西格玛使一种改善流程、消除缺陷的科学方法，极大地提高了我们的管理档次，是我们管理水平的一次升华。