厂区压缩空气系统节能优化提升

吴富敏

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

1 各个站房用气需求

工厂的现状是厂区内共有6 个空压站房，分别是：厂区公用空压站、发动机工厂空压站、涂装C 线空压站、涂装D 线空压站、涂装AB 线空压站、发动机粗加工空压站。6 个空压站独立运行，各站之间没有压缩空气管道联通，表1 为各个站房用气需求。

表1 各个站房用气需求

在保证满足上述用气要求的基础上，降低整个压缩空气能耗的用电量和电费消耗。整个工厂压缩空气供气管道全部联网，由厂区空压站集中供应，逐步取消发动机工厂站房、粗加工站房、涂装东部与西部站房；建立压缩空气用量实时监控系统，最终由6 个站房统一为一个站房集中控制。工厂空压站实现整个工厂中央集中CUC 站房，机子配比降下，维修保养成本、人员成本都将得到一定的优化。在自控系统上选择上，尽可能的选择厂家自己研究开发的中央集控系统，我们以阿特拉斯空压机为例，我们应该选择它自己开发的中央集控软件Optimizer 4.0，在Optimizer 4.0 并网后，系统会选择最低能耗的空压机运，以实际控制合理调节压缩机的IGV、BOV 开度，达到最节能的运行方式。厂区空压站使用了中央集控系统软件Optimizer 4.0 以后，可以基本实现无人值守，空压机实现在稳定压力的条件下实现自动装载与卸载，满足生产线使用。

2 现有的空压机配置

现有的空压机配置情况如表2、表3 所示。

表2 中央集中CUC

表3 冷冻干燥机

厂区空压站的压缩空气系统处理流程如下：空压机→储气罐→过滤器→干燥机→输气管。空压机：空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，将空气压缩至所需要的压力。空压机的选型有很多种类，大多数空气压缩机是往复活塞式，旋转叶片或旋转螺杆。厂区空压站是使用无油离心式压缩机和无油螺杆式压缩机配合使用。储气罐：作用是将压缩后的空气进入罐中，空气中的水分杂质在罐中沉降，分离出大部分水、油、灰尘。经排污口通过电子排水阀或零耗气排水阀排出罐外，同时也起到压缩空气系统稳压，防止对管网压力造成较大的波动。过滤器：根据用气质量需求配备过滤器的数量、精度。基本配置过滤精度为3μm、1μm、0.01μm 的精度。还可以配备特殊要求的过滤器，实现对供气质量的保证，如除油过滤器、除菌过滤器、活性碳过滤器等。干燥机：压缩空气干燥是相对的概念。压缩空气在使用过程中只要有温度的变化就会有水分的析出。看需求所要求的露点配备干燥机，干燥机的使用可以相对的纯净空气。干燥机通常包括冷冻式干燥机、吸附式干燥机和溶解式干燥机。厂区空压站使用的是冷冻式干燥机，输出的露点温度为3～10℃。输气管：是将压缩空气输送至使用点的管道。

整个站房配置：流量420m3/min，压力露点3～10PDP，含油量≤0.01ppm，含尘粒径≤1um，储气罐供气压力7.0Barg。

3 发动机工厂、涂装车间

发动机的配置如表4 所示，其中流量170m3/min，压力露点-20PDP，含油量≤0.01ppm，含尘粒径≤1um，储气罐处压力5.7Barg 涂装的配置（3 个站房）为流量130m3/min，压力露点-40PDP，含油量≤0.003ppm，含尘粒径≤1um，不含酮硅。

表4 发动机工厂、涂装车间配置

冷冻干燥机品牌型号：广州汉粤/HAD-60MZ，装机功率10kW，处理气量65m3/min。吸附式干燥机配置如表5 所示。

表5 冷冻干燥机配置

4 主要采取节能措施

节能的主要方向是采用更节能的机型替代之前年限较久的旧机，降低管网压损，从而降低空压机出口压力，有条件建议选用节能控制系统根据总管压力优化机组运行，减小压力带宽[1]。在选型中我们所推荐的机型满足用气最大量。

4.1 节能方案

母管接入口在各个空压机站的出口储气罐的方案，取代原有的空压机站，如表6 所示。

表6 节能方案

4.2 节能节约核算

现有空压机功率是按照电机名牌功率计算，实际运行是电机的输入功率会比名牌功率大，通过测量运行电流来计算具体设备的功率。无热再生式吸干机如果一直保持在-20℃的压力露点下，耗气量会大于15%，平均耗气量约18%。离心式压缩机是按最恶劣的环境进行选型，其功率相对准确，后处理设备选择了零耗气的吸干机。目前，拟定是-20°的压力露点。如表7所示，改造后取消了4 级过滤器，降低空压机运行压力，降低电机功率的能耗。

表7 发动机车间

涂装车间，空压机功率是按照电机名牌功率计算，实际运行是电机的输入功率会比名牌功率大，通过测量运行电流来计算具体设备的功率。无热再生式吸干机如果一直保持在-40℃的压力露点下，其耗气量会大于15%，平均耗气量约20%。离心式压缩机是按最恶劣的环境进行选型的，其功率相对准确，后处理设备选择了零耗气的吸干机，目前，拟定是-20°的压力露点。改造后取消了4 级过滤器，降低空压机运行压力，降低电机功率能耗，如表8 所示。

表8 涂装车间

5 中央集控系统

如图1 所示，中央集中CUC 站房增加了新机后将目前现有的管路联网，现有中央集中CUC 站房空压机为阿特拉斯空压机，可以选用厂家自身控制系统如下图，主要是针对Atlas 压缩机而设计的Optimizer 4.0 系统。Optimizer 4.0 系统智能化的逻辑集中控制所有空压机，达到节省能耗、精确控制、操作维护方便的功能。

图1 中央集控系统

通过设定管网内所需要的供气压力，系统稳定压力控制，Optimizer 4.0 通过压力带范围内调节加载/卸载压缩机，Optimizer 4.0 将按照空气管网压力设置点的方向进行调节。Optimizer 4.0 系统里提前精确定义不同机型在不同的环境温度和不同的IGV、BOV 开度下或不同转速下的产气量，对比计算用气端实际的用气量之后，对整个用气管网进行精确调节，通过给空压机控制电脑发送指令直接合理调节压缩机的IGV 与BOV阀的开度，在所有并网的离心空压机中IGV 降低到最小开度，避免BOV 放空，同时空压机无谓卸载。再通过规则和优化配置文件要求，决定空压机的开关。系统通过计算压缩机命令的最佳时间以使压力保持在压力带范围内，并且最大程度的降低开关对压力的影响。从而达到稳定供气需求，同时节约了大量的人员值班及能耗的费用。

6 结语

压缩空气是工厂必备的主要能源之一，空压机组是高能耗设备。各工厂空压站实现联网和恒压控制，不但提高了空压机运行效率，还能够保证压缩空气随着用气设备启停实现恒压控制，也在很大程度上实现了节能。