浅析空压机系统节能改造方案

浅析空压机系统节能改造方案

宋瑞琦

吉林烟草工业有限公司延吉卷烟厂，吉林省延吉市 133000

摘要：空压机作为制造厂最常用的设备之一，其所产生的廉价、适用的压缩空气能源倍受许多家企业青睐。根据某企业统计，空气压缩系统总成本中，运转能源消耗费用占约75%，压缩系统初期购置费用仅占总成本的约12%，其高额的运转能源消耗费用无形中增加了企业的运营成本。更为严重的是，空压机主机磨损、小功率多台设备并联供气、管路布置不合理等均可造成巨大的能源浪费。因此设计一套安全可靠、节能高效、压力稳定的空气压缩系统已成为企业的迫切需求。

关键词：空压机；系统；节能改造

空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，简称空压机。它是现代工业四大动力源之一，广泛的应用于机械矿山、化工、石油、交通运输、建筑、航海等行业，在工业生产过程中发挥着举足轻重的作用，但同时消耗大量能源，高能耗问题突出。因此，其节能降耗工作尤为关键。对空压机系统采取节能改造措施，将会对用户节省投资、降低成本、提高效益起到重要的作用。对此，针对目前空压机系统存在能耗大的问题，结合影响因素分析，提出采用智能流量控制器对空压机进行节能改造的技术措施。

一、影响空压机能耗的因素

（一）空气压缩机的进气

进气压力由当地大气压力和空压机吸气系统阻力决定。空气压缩机的进气有两种，一是室内进气，二是室外集中进气。不论哪一种都必须采取过滤措施，不仅能延长空压机的寿命，而且能降低功耗。过滤器在运行一段后，过滤阻力增加，空气压缩机的吸力也会增加，流量会相应下降。因此，应根据当地运行环境状态定期对过滤器进行维护保养和更换，使过滤器的阻力维持在一个较低的范围内，这也是节能的好措施之一。

（二）排气量

空压机的排气量降低，则电耗降低。但排气量由于受空分生产限制，在正常生产状况下不可能进行较大幅度地调整。通常为充分发挥空分的生产潜力，往往需要尽可能大的空气量以满足空分生产。当空分产品过剩需减负荷运行时，也可适当关小空压机导叶减少空气量来降低电耗。但受“喘振区域的限制，空气的调节量是有限的。另外，导叶关小后，空压机吸入阻力会增加，对节电又不利。因此，调节空气量只能是空压机的调节手段之一，但并不是节能降耗的有效途径。

（三）排气温度

排气温度严重影响空气压缩机的运行和效率。排气温度每下降10℃，功耗也随之下降3%。提高冷却器的冷却效率，控制好温度，不仅能使空压机稳定运行，还能进一步降低功耗。因此，在夏季高温季节，应对冷却系统进行全部检查、维护保养，或清洗更换，把温度控制在合适的范围内。

二、空压机的工作原理

首先，进气过程。转子转动时，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子齿沟空间与进气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。其次，压缩过程。阴阳转子在吸气结束时，其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气体在齿沟内不再外流。其啮合面逐渐向排气端移动。啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐件小，齿沟内的气体被压缩压力提高。最后，排气过程。当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。

三、节能改造方案分析

（一）整合节能改造

根据现有生产用量和后续的增量计算，未来将运行6台空压机，造成没有备用设备的生产安全隐患，同时能源浪费扩大化，对现有6台空压机进行整合，选用3台220kW两级压缩空压机设备替换，减少每台设备单独经过独立的过滤系统时会造成一定的压力损失，避免引发管网压力偏低而压缩机供气压力升高，降低电力消耗，满足用气终端供气要求。

（二）供气管道改造

通过系统性的规划设计，每条管路、弯头及辅助装置配置更加合理，减少每条供气管路的压力损耗，同时采用更加节能的铝合金代替原无缝钢管管道，其防腐性可将泄露的风险降到最低，减少不必要的浪费。而铝质内光滑表面能以更少压降提供更多的空气，从而显著的降低运行成本，保障用气末端的压力。

（三）高效设备节能改造

改造后空压机为两级压缩永磁变频空压机，主机采用大小不同的两组螺杆转子，实现合理的压力分配，降低每次压缩的压缩比。比功率达到5.81kW/m3/min，为一级能效机组。改造后运行方式为2用1备，其中1台为变频控制，运行时为1工频与1变频配合，根据现场的实际用气按需输出，变频智能调速恒压供气，保障工频一直处于加载状态，避免空压机频繁加卸载，保护空压机，启动时减轻电网的负荷，同时变频和工频可切换（变频故障时不影响机器使用）。将输出压力设定在恒压输出（精确到0.1Bar）可节省过压造成的浪费，同时延长气动工具的寿命，提高输气质量，既保障了稳定生产又能达到能效最大化。

四、空压机系统节能改造技术

（一）变频调速技术

变频恒压供气指根据管网瞬时用气量的变化来自动调节空压机的转速和运转台数，使管网保持恒定压力。其原理是通过变频器来调整电机转速，使输出功率与流量需求成正比，减少电动机的加、卸载次数，降低功耗。空压机的改造集中在此领域。对螺杆式空压机进行变频改造，实现带载软启动，能耗下降8.95%，节约润滑油20%。采用变频一级能效两级替换工频三级能效单级压缩螺杆压缩机，节电率达40.85%。进结合PLC和变频技术，节能显著，且性能稳定、编程简单、易于推广。将变频调速与变极电动机、串极调速等方案相比较，认为前者有无极调速、自动控制、方便改造等优势。

（二）余热回收技术

压缩机运行会产生热能，为保证其正常工作，热量必须及时导走。据美国能源署统计，真正用于空气压缩所消耗的电能在总耗电量中仅占15%，85%则转化为热能被排放。国内也认为空压机输入电能的有用功只占总能量的20%，无用功达80%。实施余热回收已是比较成熟和普遍的作法，把多余的热量通过回收装置转移到储热设备上，以此降低燃料成本。如何最大限度地回收热量并确保压缩机正常运行是技术关键。采用全自动余热利用系统把多余的热量转换到水箱，降低了空压机温度;回收的热水可用于金属涂装清洁处理、无尘室恒温恒湿车间。在冷却系统中安装热交换器，高温的润滑油经过交换器时将水加热，供生产生活使用。通过加装热回收系统，节约燃煤191.844吨/年。改造油气冷却系统，回收热量85%，大幅减少燃煤和锅炉运行费用。采用同程截流式反串换热技术，产生40-50℃的热水，节省大量天然气。余热回收技术降低了空压机的温度，提高运行效率;提供无成本热水，降低燃料成本，减少CO2的排放，且回报周期短，是一种立竿见影的节能方式。

（三）多机群组控技术

空压机群控技术引领了节能的新趋势，大大提高了空压机运行的匹配性。其原理在于:根据压力需求变化，集中控制空压机的启停及加、卸载，保证一直有合适数量和容量的空压机运转。用气量增加时自动开启其它空压机，用气量减少时则关停多余空压机。通过安装监测系统，精细化管理管道供气、节能辅控系统和电力计量系统，实现机群联控，节电率达14.20%。优化空压机组的调节方式及流量、压力控制系统，有效节电。采用压力梯度调节和集控系统，确保空压机组节能运行及更稳定的压力输出。

结束语：

总之，空压机系统做为公司的生产辅助设备和动力设备，其稳定性和运行成本直接关乎公司的效益。改造后空压机系统既实现安全、可靠、恒压供气，又提高空压机运行效率，达到最佳节能效果，进一步提升公司市场竞争力。

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