空压系统气电比提升实例研究

何佳斌

【摘要】：随着清洁能源天然气的使用，燃料成本在卷烟综合能耗中的比重逐步下降，提高电能的使用效率成为节能降耗的重要方向。压缩空气是卷烟生产所必须的能源，其广泛运用于卷烟生产、保养、物流、检验众多环节，动力车间空压机产气过程中需要消耗大量的电能，如何通过能源管理提高空压机的运行效率成为当前重要的课题。本文对空压机群相关运行数据进行实例化说明，优化程序代码，总结出空压系统气电比提升方案，成功解决多台设备智能运行，自适应需求动态变化。

【关键词】：空压系统；存在问题；气电比；提升实例

一、 某空压系统

其系统构造如下图1所示，企业内设置2台（2#、4#）ZR425定频空压机，额定最大产气量4116m³/h， 1台（1#）ZR400vsd变频空压机，额定最大产气量3996m³/h，VSD最小产气量1332 m³/h， 1台（3#）ZR160vsd变频空压机，额定最大产气量为1494 m³/h，VSD最小产气量462 m³/h。

对非变频空压机采用同步加卸载，对变频空压机采用PID控制，根据系统压力带（0.64-0.7Mpa）设定讯号，当压力值低于0.64Mpa或者高于0.7Mpa时，控制空压机的加卸载，调整空压机群运行数量及匹配运行机型组合，使系统压力稳定在设定值，实现恒压输出。

图1空压系统构造图

二、存在问题

统计2019年1-3月空压机供气量，共计64800条数据，实测最大产气量为2#机2947.3 m³/h，4#机2913.4m³/h；实测1#最大产气量为2816.6 m³/h，VSD最小产气量932 m³/h；实测3#最大产气量为1154.8m³/h，VSD最小产气量328 m³/h。而VSD的最小量是最大量的33%±2，VSD的最大流量的40%以上才节能，VSD的最大流量的50%以上节能才明显。实测值只有理论值的75%，1#变频机要1200 m³/h，3#变频机要500 m³/h以上流量才节能。

2019年1-3月空压机供气量基础统计分析如下表1，可知3#机有25%的时间运行在不节能区域，1#机负荷偏低。

表1空压机供气量基础统计表

用2019年1-3月空压气消耗量出现的频率，制作空压气消耗量频数图计算最优搭配如下图2所示，设备选型和自控有优化空间。

图2空压气消耗量频数图

从频谱图可以看出最大用气量不超过6800 m³/h，此时最优机群组合方式应为：1#+3#+定频，而实际运行中却出现两台定频机同时运行，对2016年-2019年2#、4#机同时运行时，选取了20min数据进行统计分析，如下图所示：

图3 2016年空压机实例图

从表格中看出，2#、3#、4#机在反复加卸载，从折线图上可以清晰看出，2#、3#机流量剧烈震荡，从平均流量上看，1#机就可以满足当前工况；

图4 2017年空压机实例图

从表格中看出，2#、3#、4#机在反复加卸载，从折线图上可以清晰看出，2#、3#、4#机流量剧烈震荡，从平均流量上看，1#机+定频机可以满足当前工况；

图5 2018年空压机实例图

从表格中看出，2#、4#机在反复加卸载，从折线图上可以清晰看出，2#、4#机流量剧烈震荡， 1#机流量波动大，从平均流量上看，1#+3#+定频机可以满足当前工况；

图6 2019年空压机实例图

从表格中看出，1#、2#、4#机在反复加卸载，从折线图上可以清晰看出，1#、2#、4#机流量剧烈震荡，从平均流量上看，1#+定频机可以满足当前工况。

小结：总流量基本低于ZR400vsd空压机（1#机）的最大产气量2816.6，却还有2#、3#、4#机在反复加卸载；总流量超过两台变频空压机最大产气量之和，却低于一台定频机和1#机的最大产气量之和，却还有2#、3#、4#机在反复加卸载。总流量超过一台定频机和1#机的最大产气量之和，却低于一台定频机和两台变频空压机最大产气量之和，却还有2#、4#机在反复加卸载。

三、空压系统气电比提升实例

（一）措施

2016-2020年气电比的月均值都有达到或超过8.0，根据空压机系统运行过程中能达到的历史最优水平，设定空压机系统气电比≥8.0Nm³/kwh。以1#变频大空压机作为主控机，以耗气量作为前馈，提前预测并调节空压机运行策略。

空压机群运行时，会有个充管动作，即把管道内压力从0Bar提高到6.3Bar工作压力以上。本子程序采用单机充管，优先用使用频率最高1#变频机充管；当1#变频机不具备启动条件时，选择一台定频机充管；最后才采用产气量最小的3#变频机充管。

阿特拉斯无油螺杆定频空压机有2个常规运行状态，1个是运行/停止，另一个是加载/卸载。设备运行未加载被称为待机状态，待机状态时耗电却未输出压缩空气，所以当需要投入定频机时，应该优先投入待机中的定频机。综合以上措施对空压机群自控系统进行优化。

（二）效果检验

对策实施完成之后，统计了2021年8月-10月的平均能耗情况。从下表2检验效果看，从8月-10月随机抽查的11天中，有10天的气电比达到或超过目标值8.0 Nm³/kwh，目标达成率91%。

表2 效果检查表

2020年8月底优化空压自控程序后，平顺性提高很多，见下表3。震荡和超限大大减少，效果明显自控设计时对流量调节保守考虑，优先双变频调节，实际运行双变频反而导致超限和震荡。

表3 效果检查表

计量准确、高可靠的流量计对设备运行安全、节能、管理、选型非常必要，对于压力控制，2min数据间隔过长，数据细节丢失严重，有时需要结合经验或前后记录才能估计设备的实际情况。

（三）对空压系统进行科学合理的保养与维护

1、定期清洗冷却器

空压机的温度上升1℃，空压机的产气量就会减少0.5%。由此可见，空压机的换热效率降低，不仅会增大空压机安全事故的发生几率，还会使空压机在运行过程中出现更多的能量损耗。鉴于此，非常有必要对空压机系统中的各个冷却器进行定期的清洗。一般情况下，清洗冷却器的方式主要包含两种：一种是化学清洗方式、另一种是拆卸机械清洗方式。无论选择何种清洗方式，都需要对冷却水的水质特点进行分析，并以此为基础明确具体的清洗周期。通常可以每半年清洗一次或者每年仅清洗一次。

2、及时清理或更换吸气过滤器

如果空气质量欠佳，空压机的吸气过滤器必然会吸入一些粉尘或油气，空压机长期处于空气质量欠佳的环境下运行，那么吸气过滤器必然会被粉尘或油气堵塞，进而对空压机的进风量和进气压力产生影响。如果空压机的进风量较少，相应的排气量也会降低。为了保证供气负荷的稳定性，就必须要增加开机数。如果空压机的进气压力上升1PSI，那么空压机的运行功率就会增加4%。空压机运行功率过大，将有可能因为无法承受过大的吸风阻力而出现停机故障。由此可见，为了实现空压机系统的节能减排，对空压机的吸气过滤器进行妥善的保养、检测以及维修，提升空压机的运行效率，是一种非常有效的措施。

结束语

  综上所述，本课题研究，能够为自控优化提供数据支持，提高安全性，降低能耗。为管理提供数据支持，包括安全、能耗对标；运维安排；维护效果评估。为选型提供依据，新机投入后的评估。

参考文献：

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