改善空壓機(jī)運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)

亓磊

摘 要：節(jié)能減排是我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略方針，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)械設(shè)備的能耗較高，為了減少設(shè)備的能耗，必須要加強(qiáng)對(duì)節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用。本文對(duì)空壓機(jī)節(jié)能運(yùn)行方法和途徑進(jìn)行分析，為空壓機(jī)節(jié)能運(yùn)行提供保障。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī) 節(jié)能運(yùn)行 節(jié)能技術(shù) 變頻調(diào)速

中圖分類號(hào)：TD443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）05-0-01

引言

空壓機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，在機(jī)械生產(chǎn)、電力生產(chǎn)、冶金化工等很多行業(yè)中都有應(yīng)用?？諌簷C(jī)作為大型工業(yè)設(shè)備，其能耗較高，基本占大型工業(yè)設(shè)備耗電量的15%左右，空壓機(jī)的能量損耗主要是來(lái)自于空壓機(jī)本身的機(jī)械損失、壓縮空氣時(shí)造成的浪費(fèi)和損失、空壓機(jī)空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的能量損失、壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的損失等。當(dāng)前我國(guó)有很大一部分企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中依舊使用老式空壓機(jī)，這類設(shè)備的能量利用率很低，主要是由于機(jī)械設(shè)備的制造技術(shù)落后，設(shè)備運(yùn)行管理水平低、控制方式不當(dāng)引起的。空壓機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域不可獲取的設(shè)備，必須要加強(qiáng)其節(jié)能技術(shù)研究，在日常使用過(guò)程中注重節(jié)能管理，提高資源利用率。

一、空壓機(jī)傳統(tǒng)控制方式

在空壓機(jī)發(fā)展過(guò)程中，雖然其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制水平有所提高，但是由于以前的技術(shù)水平有限，在空壓機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中存在一些缺陷，傳統(tǒng)的空壓機(jī)控制方式主要有兩種：

1.電氣聯(lián)鎖控制技術(shù)

電氣連鎖控制是空壓機(jī)最常見的一種控制方式，通過(guò)對(duì)空壓機(jī)管網(wǎng)壓力進(jìn)行監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)的控制技術(shù)。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的氣體量以及氣壓超過(guò)負(fù)荷需求的時(shí)候，管網(wǎng)的壓力會(huì)上升，當(dāng)這個(gè)壓力值超過(guò)某一個(gè)設(shè)定的閾值時(shí)，聯(lián)鎖信號(hào)就會(huì)控制空壓機(jī)使其停機(jī)，從而降低管網(wǎng)的壓力。當(dāng)管網(wǎng)的壓力下降到小于某一個(gè)設(shè)定的閾值的時(shí)候，聯(lián)鎖信號(hào)又會(huì)控制空壓機(jī)再次啟動(dòng)開機(jī)。這種電氣聯(lián)鎖控制方式可以用于空壓機(jī)常規(guī)運(yùn)行的時(shí)候，但如果空壓機(jī)的負(fù)荷變化十分頻繁，儲(chǔ)氣罐容量也比較小的時(shí)候，就很容易導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁開機(jī)關(guān)機(jī)，而開停機(jī)的時(shí)候產(chǎn)生的巨大電流沖擊，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進(jìn)而產(chǎn)生較大的功率損耗，這種影響還會(huì)反饋到空壓機(jī)上，縮短空壓機(jī)的使用壽命。

2.自動(dòng)加卸載控制技術(shù)

自動(dòng)加卸載控制也是傳統(tǒng)空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中常見的控制方式，通過(guò)空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的加載實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)的控制。當(dāng)空壓機(jī)的管網(wǎng)壓力超過(guò)設(shè)定閾值的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)會(huì)控制空壓機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉，導(dǎo)葉減小可以實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)輸出氣量和氣壓減少，當(dāng)導(dǎo)葉減小到最小狀態(tài)的時(shí)候，管網(wǎng)壓力達(dá)到卸載壓力閾值，此時(shí)會(huì)控制空壓機(jī)的電動(dòng)機(jī)卸載，并且與壓縮機(jī)相互脫離。此時(shí)電動(dòng)機(jī)保持空載狀態(tài)，空壓機(jī)不會(huì)再產(chǎn)生壓縮空氣，管網(wǎng)的壓力也會(huì)減少。當(dāng)管網(wǎng)的壓力逐漸增大，達(dá)到一定閾值的時(shí)候，會(huì)抑制空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)加載過(guò)程，與壓縮機(jī)相互連接，并且逐漸打開導(dǎo)葉，滿足用戶的需求。這種方式是一種有級(jí)控制方式，相對(duì)于電氣聯(lián)鎖控制方式而言更加靈活，但是電動(dòng)機(jī)始終都保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，會(huì)縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，而且造成較大的空載能耗損失。

二、空壓機(jī)節(jié)能概述

空壓機(jī)是利用電動(dòng)機(jī)壓縮腔內(nèi)空氣，使得空氣具有一定的壓力的設(shè)施設(shè)備，一般在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中是為其他的動(dòng)力設(shè)備提供動(dòng)力支持的設(shè)施。在煤炭生產(chǎn)、鋼鐵、冶金化工等行業(yè)中都有廣泛應(yīng)用?？諌簷C(jī)包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)等基本組成部分，其耗電量很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中大型設(shè)備的耗電量占整個(gè)社會(huì)用電量的60%左右，而空壓機(jī)占大型設(shè)備用電量的15%左右，由此可見其能耗之高。另外有調(diào)查顯示，以五年為限，空壓機(jī)的設(shè)備成本占總成本的12%左右，運(yùn)行成本占總成本80%左右，能耗是成本中占比最大的一部分。因此，對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)講，降低能耗具有很大的增產(chǎn)潛力。而且隨著節(jié)能理念的不斷發(fā)展，節(jié)能生產(chǎn)成為企業(yè)未來(lái)發(fā)展的主要方向，空壓機(jī)節(jié)能市場(chǎng)近年來(lái)的發(fā)展勢(shì)頭也十分強(qiáng)勁?？諌簷C(jī)控制技術(shù)已經(jīng)成為影響空壓機(jī)運(yùn)行效率和性能的重要因素，而且也是保證空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可以通過(guò)各種措施達(dá)到節(jié)能目的，例如對(duì)輸氣管道進(jìn)行合理配置、減少管道的彎道壓力損失以及空氣泄露，采用低黏度潤(rùn)滑性能較好的潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，降低摩擦損耗、定期對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的最佳性能等，這些措施都可以挖掘出空壓機(jī)的節(jié)能潛力，提高資源利用率。當(dāng)前空壓機(jī)一般采用壓縮機(jī)間歇運(yùn)行或者空載運(yùn)行的方式來(lái)調(diào)節(jié)能量的分配，空壓機(jī)間歇運(yùn)行的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)頻繁的啟動(dòng)和停止，增大了電能損耗，并且引起電網(wǎng)的波動(dòng)過(guò)大，縮短空壓機(jī)的使用壽命，同時(shí)，空載運(yùn)行的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的磨損更加嚴(yán)重，增加運(yùn)營(yíng)成本，造成能源浪費(fèi)，所以這種調(diào)節(jié)方式并不適用。

隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，這種技術(shù)的應(yīng)用可以有效減少成本消耗，也是一種十分理想的調(diào)速節(jié)能技術(shù)。有很多企業(yè)在實(shí)踐中證明，使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)可以大大提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率，降低其能耗，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

三、空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)

1.變頻控制技術(shù)

當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的應(yīng)用十分廣泛，而且發(fā)揮了重要的節(jié)能效果。傳統(tǒng)的空壓機(jī)調(diào)速是采用加載和卸載的瞬時(shí)方式實(shí)現(xiàn)的，在這個(gè)瞬間電流較大，會(huì)造成電壓和氣壓大幅度波動(dòng)，從而增加能耗，對(duì)設(shè)備的損耗也比較嚴(yán)重，縮短了設(shè)備的使用壽命。變頻控制技術(shù)是利用變頻器，根據(jù)電磁感應(yīng)基本原理，對(duì)電流頻率進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)的新技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的調(diào)速方式，根據(jù)機(jī)械運(yùn)行頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有更強(qiáng)的靈活性，而且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的多次調(diào)節(jié)，在調(diào)速過(guò)程中更加平穩(wěn)，而且還減少了對(duì)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候不必要的能量損耗。

2.基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的控制技術(shù)

空壓機(jī)負(fù)荷的變化會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)改變，在運(yùn)行過(guò)程中，其他控制裝置對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的時(shí)候具有十分明顯的滯后性，而且會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)的速度調(diào)節(jié)過(guò)程變得急促，一方面增加了設(shè)備的功耗損耗，另一方面也設(shè)備性能產(chǎn)生影響。在生產(chǎn)過(guò)程中，空壓機(jī)的負(fù)荷變化是有規(guī)律的，因此可以對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷變化規(guī)律進(jìn)行分析，根據(jù)其變化規(guī)律做好負(fù)荷預(yù)測(cè)，提前對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，減少由于負(fù)荷突然改變導(dǎo)致的設(shè)備速度瞬時(shí)變化的情況，防止空壓機(jī)驟停驟起，減少空壓機(jī)速度調(diào)整過(guò)程中不必要的功率損耗。另外，對(duì)空壓機(jī)的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，還決定了整個(gè)控制過(guò)程的精確性，在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)的時(shí)候，一方面要對(duì)控制算法中的反饋校正以及滾動(dòng)優(yōu)化環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)置，提高系統(tǒng)的靈敏性，從而可以根據(jù)負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)校正，實(shí)時(shí)更新，在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。另一方面，要對(duì)負(fù)荷變化規(guī)律中比較異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，分析負(fù)荷變化的長(zhǎng)期規(guī)律，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精準(zhǔn)性。

3.空壓機(jī)群優(yōu)化控制技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)效率來(lái)確定設(shè)備的數(shù)量，如果單臺(tái)空壓機(jī)不能滿足生產(chǎn)需求，則應(yīng)該要增加空壓機(jī)數(shù)量，利用空壓機(jī)群來(lái)滿足生產(chǎn)需求。由于單臺(tái)空壓機(jī)的控制調(diào)節(jié)方式比較單一，只需要通過(guò)空壓機(jī)中的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)速調(diào)整就可以完成，如果生產(chǎn)過(guò)程中使用空壓機(jī)群后，控制方式變得更加豐富，也更加復(fù)雜。通過(guò)對(duì)多臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行組合控制，可以適應(yīng)負(fù)荷的多元變化情況，對(duì)每一臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行均衡利用，有效延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命，降低空壓機(jī)的維護(hù)成本。另外，在對(duì)空壓機(jī)群進(jìn)行控制的時(shí)候，由于設(shè)備較多，所以必須要設(shè)置不同的監(jiān)控區(qū)域，對(duì)每一個(gè)區(qū)域中的空壓機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)獲取各個(gè)區(qū)域內(nèi)存儲(chǔ)罐存儲(chǔ)狀況、各個(gè)管道的壓力狀況等，并且根據(jù)這些參數(shù)，利用相關(guān)計(jì)算機(jī)算法，對(duì)空壓機(jī)群進(jìn)行優(yōu)化控制。

4.無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

當(dāng)前空壓機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)主要是異步電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)可以隨著負(fù)荷的變化情況不斷改變自身的輸出功率大小，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些無(wú)功損耗，尤其是當(dāng)外界的負(fù)荷發(fā)生突然變化的時(shí)候，無(wú)功損耗也會(huì)突然增加，從而導(dǎo)致設(shè)備的能量損耗嚴(yán)重。所以在空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可以加強(qiáng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，使用電容器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的無(wú)功損耗進(jìn)行補(bǔ)償，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生無(wú)功功率的時(shí)候，電容器就可以吸收或者釋放無(wú)功作用，降低空壓機(jī)的能量損耗。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，空壓機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的重要設(shè)施設(shè)備，在很多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的空壓機(jī)控制技術(shù)導(dǎo)致設(shè)備的能耗較高，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大損耗，縮短空壓機(jī)使用壽命。因此，在節(jié)能生產(chǎn)理念影響下，必須要對(duì)空壓機(jī)控制技術(shù)進(jìn)行分析，利用節(jié)能技術(shù)降低空壓機(jī)能耗水平。提高各種資源的利用率，并且延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用時(shí)間。

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