基于IFC控制的空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

王虹　馮榮貞　段煥林

（河南工程學院河南鄭州450001）

基于IFC控制的空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造淺析

王虹馮榮貞段煥林

（河南工程學院河南鄭州450001）

空壓機是工業(yè)生產(chǎn)中重要的動力源，其節(jié)能降耗備受關注。文中討論了影響空壓機能耗的因素，提出采用一種流量控制器IFC對空壓機系統(tǒng)進行節(jié)能改造。采用IFC改造后，空壓機系統(tǒng)彰顯多種優(yōu)越性的同時，系統(tǒng)壓力降低、電力節(jié)能效益顯著。

空壓機；空壓機壓力；節(jié)能降耗；IFC；流量控制器

空壓機是現(xiàn)代工業(yè)四大動力源之一，用于驅動、自動控制[1]。隨著我國經(jīng)濟水平的提高，壓縮空氣需求量越來越大。在我國工業(yè)生產(chǎn)中，空氣壓縮機是工業(yè)制造業(yè)的主要動力源，其能耗占總能耗的10%～35%[2]?？諌簷C在運行時，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能只占很小的一部分，約為15%，其他約85%轉化為熱量[3]。工業(yè)生產(chǎn)中，壓縮機耗電量占全國總耗電量的6%以上[4]。

在目前能源短缺、電力緊張的今天，壓縮空氣系統(tǒng)如何節(jié)能降耗受到各方面的關注。合理選擇空氣壓縮機及確定其運行方案對節(jié)能減排有重要的意義。

在壓縮空氣系統(tǒng)的設計和規(guī)劃時，可根據(jù)實際使用的要求和特點綜合考慮，合理地選擇空壓機的配置方案，為節(jié)能降耗打下基礎。本文針對鄭州某紡織廠空氣壓縮機的現(xiàn)場運行情況，采用了一種智能流量控制器（IFC），用于精確控制空壓機系統(tǒng)的排氣，并提出合理的運行方案，對節(jié)能系統(tǒng)的運行結果進行了分析。

1影響空壓機能耗的因素分析

空壓機的電耗與進氣壓力、排氣溫度、供氣壓力、排氣量等因素有關，實現(xiàn)空氣壓縮機節(jié)能運行，以下工作要做好：

1.1空氣壓縮機的進氣

進氣壓力由當?shù)卮髿鈮毫涂諌簷C吸氣系統(tǒng)阻力決定?？諝鈮嚎s機的進氣有兩種：一是室內(nèi)進氣，二是室外集中進氣。不論哪一種都必須采取過濾措施，不僅能延長空壓機的壽命，而且能降低功耗。過濾器在運行一段后，過濾阻力增加，空氣壓縮機的吸力也會增加，流量會相應下降。因此，應根據(jù)當?shù)剡\行環(huán)境狀態(tài)定期對過濾器進行維護保養(yǎng)和更換，使過濾器的阻力維持在一個較低的范圍內(nèi)，這也是節(jié)能的好措施之一。

1.2排氣溫度

排氣溫度嚴重影響空氣壓縮機的運行和效率。排氣溫度每下降10℃，功耗也隨之下降3%[5]。提高冷卻器的冷卻效率，控制好溫度，不僅能使空壓機穩(wěn)定運行，還能進一步降低功耗。因此，在夏季高溫季節(jié)，應對冷卻系統(tǒng)進行全部檢查、維護保養(yǎng)，或清洗更換，把溫度控制在合適的范圍內(nèi)。

1.3供氣壓力及壓力降

壓力是針對整個系統(tǒng)，節(jié)能潛力較大。供氣壓力保持相對穩(wěn)定，壓力變化的范圍越大，說明系統(tǒng)的節(jié)能潛力就越大。供氣壓力每降低0.01MPa，功耗就相應減少0.3%～0.5%[5]。在滿足生產(chǎn)工藝和使用要求的前提下，應盡可能地降低供氣壓力。

傳輸過程中免不了存在壓力降，合理地控制壓力降有利于節(jié)能降耗。當壓力降增加時，空氣壓縮機就要多做功，功耗就增加。壓力降每增加0.01MPa是，功耗就相應增加0.3%～0.5%[6]。因此，應采取有效措施降低壓力降，例如適時地更換油分離器、定期清洗干燥機空氣通道等。

1.4排氣量

空壓機的排氣量降低，則電耗降低。但排氣量由于受空分生產(chǎn)限制，在正常生產(chǎn)狀況下不可能進行較大幅度地調整；通常為充分發(fā)揮空分的生產(chǎn)潛力，往往需要盡可能大的空氣量以滿足空分生產(chǎn)。當空分產(chǎn)品過剩需減負荷運行時，也可適當關小空壓機導葉減少空氣量來降低電耗。但受“喘振區(qū)域的限制，空氣的調節(jié)量是有限的；另外，導葉關小后，空壓機吸入阻力會增加，對節(jié)電又不利。所以調節(jié)空氣量只能是空壓機的調節(jié)手段之一，但并不是節(jié)能降耗的有效途徑。

2空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造措施

2.1空壓機系統(tǒng)節(jié)能前

該紡織廠關鍵用氣車間為織機車間（低壓車間用氣）和紡絲車間（高壓車間用氣），安全壓力底限分別為4.3bar和6.8bar。空氣壓縮機房共有8臺空氣壓縮機，并網(wǎng)使用，正常生產(chǎn)情況下為3臺備用，空氣壓縮機系統(tǒng)年運轉時數(shù)為8400h/a。

2.2 IFC系統(tǒng)節(jié)能特點

IFC(Intel l igent Flow Cont rol lers)智能流量控制器，是空壓機系統(tǒng)用于精確控制用氣量、降低空壓機負載的節(jié)能設備，并通過恒壓供氣優(yōu)化生產(chǎn)制程、提高生產(chǎn)質量。IFC流量控制器是用氣端需求控制，VSD變頻空壓機是產(chǎn)氣端供應控制。雖然變頻空壓機（VSD）隨用氣量條件變化其節(jié)能效果相應變化，但是一個空壓站只會安裝一臺VSD，需求增加則空壓機轉速升高流量增大，需求下降則空壓機轉速下降流量減少。與VSD系統(tǒng)不同的是，IFC是根據(jù)用氣量（需求）的變化靈敏控制總流量（供應）的輸出，而且IFC則是控制整個空壓站的系統(tǒng)總量，且恒壓精度更高。

IFC空壓機系統(tǒng)的供需平衡控制是依靠壓力信號的變化及空壓機供應的響應來達成，壓力信號從用氣端傳遞到產(chǎn)氣端、再由產(chǎn)氣端做功產(chǎn)氣并輸送到用氣端的循環(huán)周期中需要經(jīng)過整個空氣系統(tǒng)并耗費一定的時間，必然導致信號的損失及響應的滯后性。所以，當壓縮空氣輸送到達用氣工廠時，用氣工廠的需求又變化了，這時才完成的需求響應就成為了浪費，這種需求類似一種錯覺，被稱為錯覺需求。

IFC專門解決這種錯覺需求產(chǎn)生的浪費損失，其主要特征：（1）穩(wěn)定的壓力輸出（±1 psig/±0.07 bar）；（2）具備壓力輸出的日程默認功能；（3）故障旁通功能；（4）斷電后上電自啟動功能；（5）遠程控制功能；（6）自身能耗及保養(yǎng)成本極低；（7）安裝簡單。

3改造后節(jié)能分析

3.1壓力測量情況

該紡織廠關鍵空壓壓力為空壓站的供氣壓力、廠房供氣壓力和使用壓力，針對這些壓力，采用Data logger對空壓系統(tǒng)運轉數(shù)據(jù)進行了監(jiān)測和記錄。測點分別布置在低壓主管、低壓車間用氣入口、高壓主管、高壓車間用氣入口。測量期間4點壓力同步記錄監(jiān)測壓力變化，以觀察空壓機系統(tǒng)整體壓力降與波動情況。

圖3測點布置實例

圖4 IFC控制壓力變化效果圖(1bar=14.5psig)

根據(jù)記錄空壓機管線壓力，在IFC控制下壓力由5.1bar（73.95psig）下降到4.3bar(62.35psig)。由圖4也明顯看出，采用IFC控制后系統(tǒng)供氣壓力明顯下降。供氣壓力、及壓力降就下降，意味著空壓機的功耗下降，系統(tǒng)達到節(jié)能的目的。

3.2改造后性能

3.2.1節(jié)約能源

IFC控制空壓機與傳統(tǒng)控制的空壓機比較，能源節(jié)約是最有實際意義的，根據(jù)壓縮空氣需求量來供給的空壓機工作是經(jīng)濟的運行狀態(tài)，節(jié)省電費約5%。

3.2.2運行成本降低

傳統(tǒng)壓縮機的運行成本由三項組成：初始采購成本、維護成本和能源成本。其中,能源成本大約占壓縮機運行成本的77%。通過IFC能源(電能)成本降低5%，再加上壓力恒定對設備的沖擊減少，維護和維修量也跟隨降低，所以運行成本將大大降低。

3.2.3提高壓力控制精度

IFC控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力。使壓縮機的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。由于IFC控制,供氣壓力精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在1pisg變化范圍,也就是0.07bar范圍內(nèi)，有效地提高了工況的質量。

3.2.4延長壓縮機的使用壽命

它的啟動加速時間可以調整，從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊，增強系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機的使用壽命延長。此外，變頻控制能夠減少機組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設備的用電，變頻器能夠有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。

總之，采用IFC后，系統(tǒng)不但可以節(jié)約電力費用，延遲空壓機是壽命，并可實現(xiàn)供氣壓力恒定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量

4結語

對空壓機系統(tǒng)采取節(jié)能措施，將會對用戶節(jié)省投資、降低成本、提高效益起到重要的作用。在能源匱乏的今天，合理配置空氣壓縮機系統(tǒng)并達到節(jié)能效果，變得極為重要。在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下，盡可能降低供氣壓力和壓力降，將起到節(jié)能的作用。改造后的空壓機系統(tǒng)，運行安全、可靠，同時達到了生產(chǎn)工業(yè)的要求。采用IPFC流量控制器，在精確地控制空壓機壓力的同時，延長空壓機的壽命，并大大節(jié)約了電能。

紡織廠壓縮空氣機價格昂貴，運行費用也較高，空壓機連續(xù)24h運轉，大約10年后將進入故障多發(fā)期。針對節(jié)能設備，應對相關人員進行教育訓練，認識空壓機節(jié)能設備（IFC）的操作、安全維修保養(yǎng)程序、故障測試及維護要領。加強日常運行中的維護和保養(yǎng)，將延長空壓機的壽命和大大降低維修成本，并創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益。

[1]秦宏播，胡壽根.工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化潛力研究[J].流體機械, 2010,38(6)：49-52.

[2]蔡茂林.空壓機能耗現(xiàn)狀及系統(tǒng)節(jié)能潛力[J].中國設備工程, 2009,(7)：42-44.

[3]孫曉名，彭恒，林子良.動力用空氣壓縮機能源效率探討[J].流體機械,2013,41(11)：48-51.

[4]李莉.提高工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)能效途徑的探討[J].能源技術與管理,2007(3)：87-89.

[5]郭天霞.基于空氣壓縮機節(jié)能措施的研究.科技致富向導[J]. 2011(8)：333.

[6]袁有增.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能降耗淺析.棉紡織技術[J].2008,36 (10):588-590.

[7]王榮文，張振國，王新峰,等.卷煙廠空氣壓縮機組合運行模式探討[J].煤氣與電力,2012,32(12):B23-B28.

王虹（1978—），女，山東濱州人，河南工程學院講師、博士，研究方向：暖通空調。