空壓機技術改造為企業(yè)提供節(jié)能整體解決方案

李蘅

在過去的20多年來，開山壓縮機緊緊圍繞節(jié)能減排、提高能效這個主題，堅持“為中國造芯”，從“掌握核心技術”到“掌握一流核心技術”，從“為節(jié)約中國作貢獻”到“為節(jié)約地球作貢獻”，一步一個腳印，已經成長為我國產銷規(guī)模最大、能效水平國際領先的壓縮機制造企業(yè)。開山壓縮機始終把“為客戶創(chuàng)造價值”作為企業(yè)的核心使命，不斷開發(fā)節(jié)能技術和節(jié)能產品，為用戶提供全方位的空氣系統(tǒng)節(jié)能解決方案，為企業(yè)和社會創(chuàng)造了很好的經濟和環(huán)保效益。

一、空壓機技術改造的背景

在能源供應日趨緊張、能源價格不斷上漲的今天，生產節(jié)能、省電的空壓機既是企業(yè)取得競爭優(yōu)勢的切入點，也是裝備制造企業(yè)的責任。空氣壓縮機耗用了全國發(fā)電總量6.3%電力，是耗能巨大的設備。對于空氣壓縮機行業(yè)來說，采用高能效產品替代低能效的空壓機產品，既是政府完成《節(jié)能減排規(guī)劃》的需要，也是用能企業(yè)降低生產成本、增加經濟效益的有效途徑。

眾所周知，提升大功率螺桿空壓機能效水平是一件有相當技術難度的事情。開山集團已經將全部的大功率螺桿空氣壓縮機的能效做到了一級能效。迄今為止開山是世界上唯一可以將160kW及以上功率螺桿空氣壓縮機做到一級能效的企業(yè)，能效水平全球領先。在2013年國家發(fā)改委發(fā)布的國家“節(jié)能產品惠民工程”目錄中，開山產品占據了36.9%，其中1級能效產品占43.5%。2013年2月，開山兩級壓縮螺桿空壓機入選國家工業(yè)和信息化部《節(jié)能機電設備（產品）推薦目錄》。11月，兩級壓縮螺桿空壓機入選國家工業(yè)和信息化部《“能效之星”產品目錄》。

二、兩級壓縮螺桿空壓機的技術優(yōu)勢

相比于單級壓縮，兩級壓縮趨近于最省功的等溫壓縮，從原理上，兩級壓縮比單級壓縮節(jié)能5%—8%。采用兩級壓縮主機，就是采用大小不同的兩組SKY螺桿轉子，實現合理的壓力分配，降低了每次壓縮的壓縮比。低的壓縮比還有兩個特別的優(yōu)點：一是減少了內泄漏，提高了容積效率；是大大降低了軸承的負荷，提高了軸承壽命，延長了主機壽命。最關鍵的還是轉子型線效率，由國家“千人計劃”成員，中國政府特聘專家湯炎博士開發(fā)的“Y”專利型線，效率世界領先，比其它型線高出5%—15%。2017年申請專利技術的新型“Y”新型螺桿，在原有的基礎上，實現了更高的能效，并因此，獲得合肥通用機械產品認證有限公司頒發(fā)的擁有“超高能效、超低噪聲、低衰減”認可的《產品特性認證證書》，成為行業(yè)超高能效產品的領軍技術。

該技術關鍵點還體現在產品局部設計和各細節(jié)上，以及系統(tǒng)的高端配置和優(yōu)化，這又比其它品牌產品效率高出5%—8%。高效的主機以及JN系列固有的進氣調節(jié)設計、冷卻流場設計、油氣分離技術、高效電機、智能自動控制等等的創(chuàng)新技術，將為廣大客戶帶來實實在在的節(jié)能效益。

三、節(jié)能基準檢測與節(jié)能改造解決方案

一是要做好節(jié)能基準的檢測。空壓站節(jié)能改造前的總耗電量和總入網流量是評判節(jié)能改造效果的最重要依據。節(jié)能改造方案制定以前一定要在空壓站電源進線處裝電表，并定時抄表，一般一小時記錄一次?？諌赫究傠姳頂祿y(tǒng)計和每臺空壓機的電表數據統(tǒng)計對分析判斷節(jié)能效果都很重要。入網總流量和管網實際壓力（可在管網裝上壓力傳感器并上傳電腦實時記錄，根據電腦分析統(tǒng)計出該記錄時間段內機器的平均使用壓力）是節(jié)能改造時新壓縮機選型的重要依據。入網總流量在每個生產周期的變化曲線對新壓縮機選型有很大影響。降低壓縮空氣凈化設備的壓損，盡量減少凈化設備的耗氣量，提升空壓機使用效率?？諌汗芫€通徑的大小和長短對壓損影響很大，過多的變徑、急彎、曲折和閥門都會增加管路的壓損。所以要密切注意主管路入口壓力和用氣點實際壓力（記錄空壓機顯示器的壓力與空際用氣端壓力兩者差值，差值大小也是一個判斷標準）。輸氣管線和車間漏氣量會嚴重影響空壓站的耗電量。如果客戶生產對壓縮空氣的品質有嚴格要求，還應增加對入網氣體壓力露點、塵埃和含油量的檢測，壓縮空氣的品質對空壓站的耗電量有較大影響?？諌赫痉康耐L、溫濕度和含塵量也會對空壓站耗電量造成影響?？諌赫竟?jié)能改造前的數據收集往往需要數日，數據還需要取得客戶的確認。

數據分為靜態(tài)數據和動態(tài)數據，靜態(tài)數據是指壓縮機銘牌數據和壓縮機控制器顯示的數據，以及離線檢測的數據。動態(tài)數據是指使用在線儀表取得的壓縮機或空壓站流量和耗電量隨時間變化的曲線。含即時數據和累計數據。在線儀表含功率分析儀、流量計和數據記錄儀及相應分析軟件。在改造前的空壓站預裝Ikaishan壓縮機監(jiān)控軟件，也可以獲得動態(tài)數據。

噴嘴法測得的壓縮機流量精準，但是無法在線檢測，無法反映用氣量隨時間變化的情況。用流量計和數據記錄儀可以在線檢測和記錄壓縮機流量隨時間變化的情況，但是流量計測得的流量值與噴嘴法測得的數據有較大差異，不能反映真實流量。結合兩種儀表取得的數據的特點，可以用噴嘴法測得的流量值標定同一時刻的利用流量計和數據記錄儀取得的曲線上的點位值。例如利用利用流量計和數據記錄儀取得了8小時的流量變化曲線，同時每隔一小時又記錄了壓縮機群加載和卸載狀態(tài)，當某一時刻只有一臺50m3/min壓縮機加載，對應的曲線點就是50m3/min，在另一時刻有兩臺50m3/min壓縮機加載，該時刻的曲線點代表100m3/min。經過這樣標定的流量隨時間變化的曲線，就取得了較精確的用戶用氣特性曲線。不同客戶的用氣特性曲線有不同的特點。

二是根據用氣特性曲線初步確定改造后空壓站的壓縮機配置。可以把用氣特性曲線分成三個區(qū)，24小時都在使用的氣量是第一區(qū)；某一時段，例如8點到16點一直使用的增量氣量，是第二區(qū)；高于增量用氣的短時波段性用氣量為第三區(qū)。如果第一區(qū)為110m3/min，可以使用兩臺JN250-54/8-II壓縮機來供氣；如果第二區(qū)為40m3/min，可以使用一臺JN185-38/8-II壓縮機來供氣；如果第三區(qū)在40m3/min到20m3/min之間波動，可以考慮用一臺變頻壓縮機供氣。這樣劃分區(qū)間和配置壓縮機，可以最大限度減少壓縮機空載率，保持所有壓縮機都在最高效率狀態(tài)下工作。最終的空壓機配置方案，還要考慮維護保養(yǎng)、管理調度和備機，還要考慮壓縮空氣凈化設備的節(jié)能運行。

三是選擇壓縮空氣凈化設備。壓縮空氣凈化設備含冷干機、過濾器和吸干機。通常一臺冷干機加前后過濾器壓力損失達0.1MPa，冷干機和過濾器排污時也泄放了一定量的壓縮空氣。冷干機的預冷器回溫不完善會導致冷干機耗能增大。目前節(jié)能型冷干機加前后過濾器壓損小于0.05MPa，排污裝置有液位控制，有效防止氣體泄放出來，壓縮空氣回溫完善，冷干機耗能小。吸干機的耗能主要表現在耗氣量，10%—20%的耗氣量意味著壓縮空氣系統(tǒng)消耗同樣比例的能量。選用零耗氣吸干機時，要關注吸干機的電能消耗，鼓風式和加熱式零耗氣吸干機耗電量不可忽略。

四、開山節(jié)能空壓機的應用

永鋼集團采用浙江開山壓縮機股份有限公司的JN系列的超高能效螺桿壓縮機，替換原有的低能效壓縮機，進行節(jié)能改造。經永鋼集團相關部門的長期跟蹤和檢測，開山壓縮機的節(jié)電率超過了20%，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟效益和社會效益，值得大力推廣。

江蘇永鋼集團有限公司在2014年以燒結廠為改造試點，采用了開山節(jié)能空壓機替換原有設備，噸礦電耗下降了21.92%，節(jié)能效果超出預期。在此基礎上全面推廣空壓機節(jié)能改造，并采用開山技術人員的“系統(tǒng)節(jié)能”建議，對空壓機選型、變頻技術的應用，及空氣凈化設備、輸氣管道等進行全方位的評估和改造，解決了“大馬拉小車”“頻繁加卸載”“高壓供給低壓使用”等耗能問題，綜合節(jié)電率達到39.15%，靜態(tài)投資回收期不到12個月。

（作者為浙江開山壓縮機股份有限公司壓縮機市場部總監(jiān)）