空壓機(jī)集成控制系統(tǒng)優(yōu)化改造

劉錫蕓

(萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心， 山東 271104)

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空壓機(jī)集成控制系統(tǒng)優(yōu)化改造

劉錫蕓

(萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心， 山東 271104)

摘要：結(jié)合工業(yè)變頻技術(shù)、能效優(yōu)化技術(shù)，對(duì)空壓機(jī)壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制，提高壓縮空氣系統(tǒng)能效，從而達(dá)到綜合節(jié)能的目的。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；改造；節(jié)能

螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個(gè)過(guò)程。

當(dāng)空壓機(jī)連續(xù)運(yùn)行，壓縮機(jī)主體溫度會(huì)升高，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，本系統(tǒng)設(shè)定為60℃(控制器根據(jù)應(yīng)用環(huán)境自行設(shè)定)，風(fēng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，用于降低主機(jī)工作溫度。風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，主機(jī)溫度下降，低于50℃時(shí)風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

1現(xiàn)役空壓機(jī)技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)役空氣壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　空氣壓縮機(jī)技術(shù)參數(shù)

2現(xiàn)役空壓機(jī)基本運(yùn)行情況

共有2個(gè)獨(dú)立供氣管網(wǎng)，分別為低壓管網(wǎng)及高壓管網(wǎng)。經(jīng)調(diào)研：低壓管網(wǎng)一般開(kāi)啟5臺(tái)螺桿機(jī)，分別是4臺(tái)LU320W-8及1臺(tái)LU330SW-8，其余作備機(jī)，一臺(tái)卸載，加載壓力0.6 MPa，加載電流21.5A，卸載壓力0.7 MPa，卸載電流8.72 A，其余運(yùn)行設(shè)備全部滿(mǎn)負(fù)荷。高壓管網(wǎng)一般開(kāi)啟3臺(tái)LU450W-13螺桿機(jī)和2臺(tái)壽力離心機(jī)，其余作備機(jī)。調(diào)研時(shí)1臺(tái)螺桿機(jī)卸載，加載壓力1 MPa，加載電流27.17 A，卸載壓力1.1 MPa，卸載電流11.81 A，其余運(yùn)行設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷。

3空壓系統(tǒng)高能耗分析

(1)空壓機(jī)運(yùn)行效率低，能耗大。空壓機(jī)本身效率能達(dá)到國(guó)家二級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組效率較好。由于供需端沒(méi)有較好的匹配，同時(shí)由于高壓系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足瞬時(shí)用氣需求，為維持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，被迫多開(kāi)一臺(tái)LU450W-13螺桿機(jī)。這種運(yùn)行方式雖然能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，但會(huì)造成嚴(yán)重的空壓機(jī)卸載運(yùn)行。根據(jù)分析，LU450W-13卸載運(yùn)行時(shí)，浪費(fèi)嚴(yán)重。根據(jù)卸載電流得出高壓空壓機(jī)卸載功率178 kW，低壓空壓機(jī)卸載功率130 kW，卸載功率基本為浪費(fèi)功率。根據(jù)4天歷史曲線統(tǒng)計(jì)，高壓系統(tǒng)共計(jì)運(yùn)行5 737 min，其中加載運(yùn)行748.5 min，加載率僅為13%。低壓系共計(jì)運(yùn)行5 740 min，其中加載運(yùn)行2 580 min，加載率為45%。

(2)供需壓力不匹配。3#高爐噴煤用氣壓力要求為1 MPa,1#、2#高爐噴煤用氣壓力要求為0.8 MPa。現(xiàn)高壓管網(wǎng)為滿(mǎn)足3#高爐的壓力需求，將整個(gè)管網(wǎng)的壓力升高到1 MPa，這是一種比較浪費(fèi)的供氣方式。

(3)缺乏有效的群控技術(shù)。雖然空壓站有監(jiān)控系統(tǒng)，但是只限于數(shù)據(jù)的采集和顯示，并沒(méi)有將自動(dòng)群控技術(shù)納入在內(nèi)，導(dǎo)致空壓機(jī)的生產(chǎn)和供給不匹配，降低了運(yùn)行效率。

4高、低壓系統(tǒng)改造

4.1變頻改造

本次改造選擇一臺(tái)320 kW和一臺(tái)330 kW的空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，通過(guò)一拖二的方式增加一套ZVSD-400-10 kV變頻器。正常情況下，系統(tǒng)其它空壓機(jī)工頻滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，利用變頻空壓機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)供氣量，保證系統(tǒng)管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。如果變頻器故障，還可利用旁路切換到工頻狀態(tài)運(yùn)行，確保系統(tǒng)安全可靠。變頻器接線圖見(jiàn)圖1，變頻器原理見(jiàn)圖2。

4.2管網(wǎng)優(yōu)化改造

(a)改造前配電圖

(b)改造后配電圖

圖2　高壓變頻器原理圖

在3#空壓站與1#空壓站之間的高壓氣體聯(lián)通管道上增加一個(gè)閥門(mén)，2臺(tái)壽力離心機(jī)在壓力1.05 MPa下運(yùn)行，通過(guò)閥門(mén)將壓力控制在0.8 MPa后，再送至1#、2#、3#高爐，壓力又升高到1.05 MPa。

利用3#高爐休風(fēng)時(shí)間，開(kāi)啟1#空壓站內(nèi)所有備用螺桿機(jī)組，給1#、2#高爐供氣，停止3#空壓站內(nèi)的離心機(jī)，然后關(guān)閉高壓氣體聯(lián)通管道的前后進(jìn)氣閥門(mén)，在聯(lián)通管道上加裝電動(dòng)閥門(mén)。

開(kāi)啟12#、13#離心機(jī)，打開(kāi)高壓聯(lián)通管道上閥門(mén)，通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)將壓力調(diào)至0.8 MPa，給1#、2#高爐供氣，最后將5#~9#螺桿機(jī)的壓力設(shè)定為0.8 MPa。

4.3優(yōu)化系統(tǒng)群控

(1)安裝智能節(jié)能主控柜。拆除原有的PLC主控柜及接線，安裝智能節(jié)能主控柜，并將原監(jiān)控系統(tǒng)中的信號(hào)線接到智能節(jié)能主控柜內(nèi)。

(2)改造1#~11#空壓機(jī)墻上操作箱。重新設(shè)計(jì)操作箱，增加現(xiàn)場(chǎng)/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，替換原有的操作箱，并鋪設(shè)電纜到空壓機(jī)的控制器內(nèi)。保留原有的現(xiàn)場(chǎng)操作功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作功能。

(3)修改1#~11#空壓機(jī)控制程序。由于現(xiàn)有的空壓機(jī)采用的是西門(mén)子S7-200PLC控制，配備EM277后，具備遠(yuǎn)程通訊功能，但不具備遠(yuǎn)程控制功能，所以需要對(duì)原程序進(jìn)行修改，使其具備遠(yuǎn)程啟停和加卸載功能。

(4)改造12#~14#空壓機(jī)。由于原有空壓機(jī)系統(tǒng)的通訊協(xié)議為Modbus，所以需要增加一個(gè)Modbus轉(zhuǎn)Profibus協(xié)議模塊，然后與S7-300PLC進(jìn)行通訊，具備遠(yuǎn)程控制功能。

(5)改造流量計(jì)。分別從5臺(tái)流量計(jì)處到智能節(jié)能主控柜放通訊電纜，連接到Modbus轉(zhuǎn)Profibus協(xié)議模塊，與空壓機(jī)相連。

(6)群控改造。根據(jù)采集的管網(wǎng)壓力、流量和各空壓機(jī)組的數(shù)據(jù)，通過(guò)內(nèi)嵌優(yōu)化算法，依據(jù)每臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)，根據(jù)終端用戶(hù)的需求，合理分配各壓縮機(jī)排氣量及排氣壓力，在保證工藝安全的前提下，使各壓縮機(jī)的輸入最小，能耗最低。并且根據(jù)實(shí)際需求對(duì)空壓機(jī)的啟停進(jìn)行控制，通過(guò)控制變頻頻率、空壓機(jī)開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運(yùn)行。

5應(yīng)用效果

低壓管網(wǎng)：測(cè)試卸載率55%，加載壓力0.6

MPa，卸載壓力0.67 MPa，卸載電流8.7 A，加載電流21.5 A,改造后系統(tǒng)長(zhǎng)期處于加載狀態(tài)，主管網(wǎng)壓力保持在0.62 MPa，計(jì)算節(jié)電率約33.56%，年節(jié)約電量約592 MW·h。

高壓管網(wǎng)：測(cè)試卸載率87%，加載壓力1 MPa，卸載壓力1.07 MPa，卸載電流11.81 A，加載電流27.17 A。改造后系統(tǒng)長(zhǎng)期處于加載/停機(jī)狀態(tài)，3#高爐供氣管網(wǎng)壓力保持在1 MPa，1#、2#高爐壓力保持在0.8 MPa，計(jì)算節(jié)約功率257 kW，年節(jié)電量約2 056 MW·h。

編輯陳秀娟

Optimization and Modification of the Integrated Control System of Air Compressor

Liu Xiyun

Abstract：The compressed air system of air compressor is performed optimal control by industrial frequency conversion technology and energy efficiency optimization technology in order to improve the energy efficiency of the compressed air system, and achieve the purpose of comprehensive energy saving.

Key words：air compressor; modification; energy saving

中圖分類(lèi)號(hào)：TD443+2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

作者簡(jiǎn)介：劉錫蕓(1980—)，女，工程師。電話：18663489138

收稿日期：2015—09—14