降低壓縮空氣電氣比的改造

許德鵬，楊文勇

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

輪胎制造是一個高耗能的過程，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，如何有效地開展節(jié)能工作是輪胎制造企業(yè)需長期持續(xù)研究的問題[1-2]。在輪胎制造中，幾乎每個生產(chǎn)工序都需要使用壓縮空氣，壓縮空氣的消耗量較大。同時，各生產(chǎn)車間的氣動元器件較多，對壓縮空氣含水量有嚴格的要求[3-4]。為此，我公司工程技術(shù)人員通過多次在輪胎生產(chǎn)現(xiàn)場摸底和評估分析及論證，進行了相關(guān)改造及控制優(yōu)化，降低了壓縮空氣電氣比，同時提高了壓縮空氣的質(zhì)量。

1 可行性分析

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查

（1）公用工程空氣壓縮站負責向整個廠區(qū)提供壓縮空氣。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的不同需求，需要供應(yīng)高壓、中壓、低壓3種不同壓力等級的壓縮空氣。原供氣方式為高壓空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）供高壓空氣，低壓空氣由中壓空氣減壓而得，供氣方式不盡合理。高壓空壓機的產(chǎn)氣量與車間的用氣量不匹配，高壓空壓機卸載時間較長，電能消耗大。中壓空氣減壓至低壓空氣不經(jīng)濟。

（2）空氣儲氣罐排水方式為利用時控開關(guān)實現(xiàn)定時排水，時控開關(guān)可設(shè)置開關(guān)時間最短為1 min。通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，儲氣罐排水時，約20 s就能將儲氣罐中的水排完，剩余時間排的大部分都是壓縮空氣，壓縮空氣的損耗較大。

（3）離心空壓機原三段冷卻器排水方式為手動排水，為防止離心空壓機轉(zhuǎn)輪含水較多而發(fā)生銹蝕，離心空壓機三段冷卻器排水閥手動開啟一定角度排水，壓縮空氣損耗較多。

（4）中壓空氣3臺冷干機為組合式干燥機，由冷干機和吸干機組成，二者可獨立開啟也可同時開啟。通過現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)對比，開啟吸干機時，吸干機吸附再生過程空氣損耗較大。

1.2 改造可行性分析

（1）公用工程空氣壓縮站所有空壓機均采用冷卻水冷卻方式，冷卻效果較為理想。通過單臺設(shè)備試驗證明，在保證冷卻水溫度和壓力達到要求及空壓機冷卻系統(tǒng)完好的情況下，空壓機可以長時間處于加載狀態(tài)，不會出現(xiàn)設(shè)備溫度過高而導致停機現(xiàn)象。

（2）通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中壓空氣用氣量較大，而高壓空氣用氣量偏小，且波動較大，現(xiàn)有控制方式為：壓力達到設(shè)定上限空壓機卸載，壓力設(shè)定低于下限空壓機加載。空壓機加載、卸載比較頻繁，卸載時間較短時，空壓機電動機不停機，但不產(chǎn)氣，單臺設(shè)備電氣比高。通過現(xiàn)場論證，在高壓空氣管道與中壓空氣管道之間加裝調(diào)節(jié)閥，保證空壓機出口壓力介于空壓機設(shè)定上下限壓力之間，高壓空壓機一直處于加載狀態(tài)，可降低單臺空壓機電氣比，提高空壓機效率。

（3）通過現(xiàn)場單臺設(shè)備試驗表明，在不同空壓機出口壓力情況下，出口壓力偏低時設(shè)備的電能消耗低，效率高，電氣比低?，F(xiàn)場低壓空氣用量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，開啟一臺空壓機不能滿足現(xiàn)場低壓空氣用氣量需求，而開啟兩臺則有剩余，因此，完全可以開啟一臺空壓機供低壓，不足部分再由中壓空氣減壓補充。

（4）通過與其他企業(yè)交流得知，目前空氣儲氣罐排水系統(tǒng)已有較為先進的排水裝置，排水過程基本可以實現(xiàn)零氣耗，空氣的損耗率較低。

2 方案實施

為降低壓縮空氣的電能消耗及減少壓縮空氣的損耗，進行以下改造。

2.1 優(yōu)化高壓、中壓、低壓壓縮空氣的供給方式及空壓機的控制方式

2.1.1 在高壓空氣管道與中壓空氣管道之間加裝調(diào)節(jié)閥

為提高高壓空壓機的工作效率，在高壓空氣管道與中壓空氣管道之間加裝調(diào)節(jié)閥，如圖1所示，優(yōu)先保證高壓空氣的使用，高壓空氣用量偏小時向中壓供氣，空壓機出口壓力基本穩(wěn)定，空壓機長時間處于加載狀態(tài)，單臺設(shè)備電氣比較低。

圖1 高壓空氣管道與中壓空氣管道之間的調(diào)節(jié)閥

2.1.2 選擇能耗偏高的中壓空壓機供低壓空氣

對中壓空壓機的出口管路進行優(yōu)化，如圖2所示，中壓空壓機既能供中壓空氣也能供低壓空氣。選擇能耗偏高的中壓空壓機優(yōu)先供低壓空氣，如圖3所示，不足部分再由中壓空氣通過調(diào)節(jié)閥補充，保證低壓空氣壓力穩(wěn)定。改造完成后，空氣壓縮站高壓、中壓、低壓空氣供氣原理如圖4所示。

圖2 中壓空壓機出口管道

圖3 中壓空壓機供低壓空氣控制臺

圖4 空氣壓縮站高壓、中壓、低壓空氣供氣原理

2.1.3 選擇性能穩(wěn)定的中壓空壓機采用變頻控制實現(xiàn)恒壓供氣

中壓空氣用量偏大，大部分直接供現(xiàn)場各區(qū)域使用，小部分向低壓補充。由于現(xiàn)場用氣量波動較大，為保證中壓空氣壓力滿足生產(chǎn)需求，需額外加開一臺中壓空壓機，加開的設(shè)備加載、卸載次數(shù)較為頻繁，單臺設(shè)備的能耗較高。為提高中壓空氣的穩(wěn)定性及降低設(shè)備的能耗，選擇性能較為穩(wěn)定的設(shè)備，利用從老廠搬遷的舊變頻器（見圖5）進行改造，實現(xiàn)恒壓供氣功能，如圖6所示，既提高了中壓空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時可降低單臺設(shè)備的能耗。

圖5 空壓機變頻器控制面板

圖6 空壓機恒壓供氣控制面板

2.2 減少壓縮空氣的損耗

2.2.1 優(yōu)化空氣儲氣罐的排水系統(tǒng)

在離心空壓機三級冷卻器排水管路上安裝新型的冷凝液自動排除器（見圖7），替代手動排水球閥（見圖8）；在儲氣罐底部安裝零氣耗無堵塞自動排水裝置（見圖9），替代傳統(tǒng)的定時排水電磁閥（見圖10），根據(jù)液位實現(xiàn)自動排水，減少壓縮空氣的損耗。

圖8 手動排水球閥

圖9 零氣耗無堵塞自動排水裝置

圖10 定時排水電磁閥

2.2.2 選擇組合式干燥機除水

中壓空氣采用組合式干燥機（見圖11）進行除水，室外氣溫高于15 ℃時，可同時開啟冷干機和吸干機，也可單獨開啟冷干機或吸干機；室外氣溫低于15 ℃時，為防止壓縮機結(jié)冰導致管路堵塞現(xiàn)象，只能開啟吸干機，吸干機運行時空氣損耗量較大。現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，只開啟冷干機時，處理后的空氣露點溫度達到現(xiàn)場使用需求（≤15 ℃），如圖12所示。

圖11 組合式干燥機面板

圖12 壓縮空氣露點控制面板

因此，室外氣溫高于15 ℃時開啟冷干機，低于15 ℃時開啟吸干機，可最大限度減小空氣損耗。

3 實施效果

降低壓縮空氣電氣比的改造工作于2019年6月完成，統(tǒng)計改造方案實施前后的壓縮空氣電氣比，結(jié)果如表1所示。

表1 改造前后壓縮空氣電氣比統(tǒng)計結(jié)果

從表1可以看出，改造后壓縮空氣電氣比明顯下降，節(jié)能效果顯著。

4 經(jīng)濟效益

改造前（2018年7月至2019年6月）壓縮空氣電氣比的平均值為0.120 7 kW·h·Nm-3，改造后（2019年7—12月）的平均值則為0.116 2 kW·h·Nm-3，達 到 了 電 氣 比 為0.120 0 kW·h·Nm-3的改造目標。改造后壓縮空氣節(jié)約的電能為0.004 5 kW·h·Nm-3，以2019年總用氣量為146 567 389 Nm3計算，一年可節(jié)約電能659 553.250 5 kW·h，以電價為0.60元計算，一年可節(jié)約電能成本約為395 732元。

5 結(jié)語

通過進行相關(guān)改造，降低了空氣壓縮機的電能消耗，減少了壓縮空氣的損耗量，降低了壓縮空氣電氣比，實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目標。采用零氣耗無堵塞自動排水裝置替代定時排水電磁閥后，現(xiàn)場的噪聲及工作環(huán)境有了較大改善，達到一次投入、長期節(jié)能的目的，同時對公司異地建廠降低壓縮空氣能耗具有一定的借鑒作用。