空壓機(jī)的穩(wěn)壓節(jié)能技術(shù)運用

彭青松

摘 要：文章論述了汽車涂裝工廠使用的空壓機(jī)采用IFC穩(wěn)壓節(jié)能技術(shù)所帶來的節(jié)能效率，及對機(jī)器人等壓縮空氣使用設(shè)備提供穩(wěn)定的動力所帶來的故障率降低，為涂裝車間的節(jié)能改造提供可行性思路，響應(yīng)低成本制造技術(shù)。

關(guān)鍵詞：降成本;穩(wěn)壓;智能流量控制器IFC

中圖分類號：TH45 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）21-73-04

Abstract： This paper discusses the energy-saving efficiency of the air compressor in the automobile painting factory after adopting IFC voltage stabilizing and energy-saving technology， and the failure rate reduction caused by providing stable air pressure for the compressed air equipment such as robot. This technology provides feasible ideas for the energy-saving transformation of the coating plant and responds to the low-cost manufacturing technology.

Keywords： The cost reduction; Voltage stabilization; Intelligent flow controller IFC

CLC NO.： TH45 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-73-04

1 前言

隨著中國汽車的快速發(fā)展，各廠涂裝車間用能大戶都在想盡各種辦法節(jié)能降耗，以提高產(chǎn)品的競爭力。而我司涂裝車間的動能消耗約占整個公司的65%左右，因此節(jié)能技術(shù)的運用更為迫切與立竿見影。整個涂裝車間的耗電設(shè)備主要是空壓機(jī)與制冷機(jī)及大功率送風(fēng)空調(diào)。據(jù)統(tǒng)計，空氣壓縮機(jī)的用電耗電量約占整個涂裝車間的耗電量的10-20%。因此降低空壓機(jī)的耗電量，相應(yīng)的會取得良好的節(jié)能效果。

2 車間設(shè)備使用狀態(tài)

2.1 為達(dá)成節(jié)能降耗，先期對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行研究

我司現(xiàn)配置的機(jī)器人壓縮空氣通過冷干機(jī)、吸干機(jī)后使用。

2.2 空壓機(jī)運行情況統(tǒng)計

我司涂裝一線空氣系統(tǒng)現(xiàn)有螺桿空壓機(jī)6臺，空壓站最大產(chǎn)氣能力為249m3/min，最大產(chǎn)氣功率1341KW。運用Data Logger測量技術(shù)對系統(tǒng)壓力進(jìn)行了專業(yè)監(jiān)測，并對現(xiàn)有空氣系統(tǒng)的布局、空壓機(jī)運行效能、壓縮站和用氣車間的需求等進(jìn)行了測量分析。

在目前的生產(chǎn)用氣需求條件下，系統(tǒng)為2臺350HP空壓機(jī)加2臺250HP運行，日平均功率消耗約為16000kwh，耗氣量范圍為83～166m3/min。

（1）經(jīng)過綜合分析及測算，在目前的生產(chǎn)需求條件及系統(tǒng)現(xiàn)狀下，錯覺需求產(chǎn)生的浪費損失10%以上，在滿足安全生產(chǎn)的前提下可實現(xiàn)不低于6%的節(jié)能。

（2）關(guān)鍵用氣單位ABB噴漆機(jī)器人系統(tǒng)壓力波動大（1.1bar），直接影響涂裝車間生產(chǎn)設(shè)備的動作穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、可靠性、效率等，直接影響工藝控制、產(chǎn)品質(zhì)量及工時控制;影響空壓機(jī)的調(diào)節(jié)動作頻率，影響系統(tǒng)的泄漏量，最終造成整個系統(tǒng)的壓縮空氣使用率下降，能源浪費。

3 解決方案

增加IFC節(jié)能方案：

4 IFC說明

IFC 是智能流量控制器的英文名稱縮寫，是壓縮空氣系統(tǒng)用于精確控制用氣量、降低空壓機(jī)負(fù)載的節(jié)能設(shè)備，并通過恒壓供氣優(yōu)化生產(chǎn)工藝提高生產(chǎn)質(zhì)量。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，IFC流量控制器（用氣端需求控制）與VSD變頻空壓機(jī)（產(chǎn)氣端供應(yīng)控制）一樣，都已成為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的標(biāo)配設(shè)備。在亞洲，已經(jīng)有超過500家客戶的壓縮空氣系統(tǒng)在使用壽力IFC。

雖然變頻空壓機(jī)（VSD）隨用氣量條件變化其節(jié)能效果也相應(yīng)變化，但人們依然都認(rèn)為VSD可以節(jié)能。一般來說，一個空壓站只會安裝一臺VSD，需求增加則空壓機(jī)轉(zhuǎn)速升高流量增大，需求下降則空壓機(jī)轉(zhuǎn)速下降流量減少。IFC也是根據(jù)用氣量（需求）的變化靈敏控制總流量（供應(yīng)）的輸出，但不同的是，變頻一般只控制1臺空壓機(jī)的單機(jī)供應(yīng)量，而IFC則是控制整個空壓站的系統(tǒng)總量，且恒壓精度更高。

壓縮空氣系統(tǒng)的供求平衡控制是依靠壓力信號的變化及空壓機(jī)供應(yīng)的響應(yīng)實現(xiàn)的，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(dǎo)致信號的損失及響應(yīng)的滯后性。所以，當(dāng)壓縮空氣輸送到達(dá)用氣車間時，用氣車間的需求又變化了，這時才完成的需求響應(yīng)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，其產(chǎn)品特征主要：

（1）穩(wěn)定的壓力輸出（±1PSI）;

（2）具備壓力輸出的日程預(yù)設(shè)功能;

（3）故障旁通功能;

（4）斷電后上電自啟動功能;

（5）遠(yuǎn)程控制功能;

（6）自身能耗及保養(yǎng)成本極低;

（7）安裝簡單工程量小。

5 安裝后效果統(tǒng)計

項目實施主要分壓縮空氣管道改造及設(shè)備安裝兩部分，已于10月國慶期間改造完成。改造前、后圖片見如下所示：

5.1 穩(wěn)壓功能

在壓縮空氣系統(tǒng)中空壓機(jī)出口、后處理出口、車間用氣點安裝壓力記錄儀Data Logger（檢測精度±1PSI），分別記錄開啟IFC設(shè)備前后壓力變化曲線，抽取不同時段測量3次，每次測量1天壓力值的變化情況，監(jiān)測系統(tǒng)壓力的波動是否符合驗收要求（±1PSI）。

測試結(jié)果如下：

驗收結(jié)論：IFC設(shè)備穩(wěn)壓性能達(dá)到（±1psi）要求。

5.2 空壓機(jī)節(jié)能率

在滿足規(guī)定的條件下，停止IFC控制器后，運行空氣系統(tǒng)處于改造前的運行工況條件（高壓母管平均壓力0.88MPa，低壓母管平均壓力0.66MPa），連續(xù)四周進(jìn)行生產(chǎn)，并記錄系統(tǒng)產(chǎn)耗情況、空壓機(jī)運行等數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得出連續(xù)生產(chǎn)時段空壓機(jī)能耗（kwh/臺成品），如下：

為使開啟與關(guān)閉IFC設(shè)備工況近似，選取車間早上9點-11點、下午13點-15點共四小時連續(xù)生產(chǎn)時段的能耗，產(chǎn)量采集機(jī)器人上線數(shù)量。同時，由于噴涂不同產(chǎn)量的車身用氣量不一樣，故數(shù)據(jù)僅取一定區(qū)間產(chǎn)量，并按照公式：

計算結(jié)果如下表：

結(jié)論：IFC設(shè)備綜合節(jié)能率為7.29%，滿足規(guī)定的≥7%的要求。

5.3 設(shè)備可靠性

IFC智能流量控制系統(tǒng)，僅對原空壓站房出口管道進(jìn)行改造，改造后空壓機(jī)組、用氣設(shè)備的績效參數(shù)為不需要變更，該設(shè)備對車間內(nèi)其他設(shè)備影響可以忽略不計。IFC設(shè)備從19年10月投入使用以來，未出現(xiàn)任何設(shè)備故障、管道泄漏情況。

6 項目效益

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

以涂裝二線2019年空壓站房實際產(chǎn)生電量計算，空壓機(jī)站房月度電量，如下表：

2019年累計電量為4557861kwh，經(jīng)濟(jì)效益=4557861x 7.29%x0.65=215974元。

6.2 質(zhì)量效益

IFC 智能流量控制系統(tǒng)能夠提供保證用氣端壓力的穩(wěn)定，給用氣端提供一個穩(wěn)定的壓力輸出，提高噴漆機(jī)器人控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使噴涂機(jī)器人動作穩(wěn)定性、可靠性，間接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

7 綜述

空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)有很多種方案，如供氣端節(jié)能解決方案：能效聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)（EMC系統(tǒng)），變?nèi)菘刂瓶諌簷C(jī)（VCC螺旋閥系列），變頻控制空壓機(jī)（VSD系列），高效雙級壓縮空壓機(jī)（TS系列）;中間系統(tǒng)節(jié)能解決方案：中間系統(tǒng)壓損檢測改進(jìn)，泄漏檢測處理技術(shù);用氣端節(jié)能解決方案：變流量需求控制系統(tǒng)（IFC控制器）復(fù)雜需求系統(tǒng)設(shè)計（多站房、多需求、劇變需求等）等等，本次采用變流量需求控制系統(tǒng)，只是上述方案中的嘗試，拋磚引玉之作用。

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