輪胎廠空壓機鼓風(fēng)式吸干機改造經(jīng)濟效益分析

宋月濤，冷建，宋曰鑫，岳云利，尚榮武，程建建，李超民，秦增輝

(山東萬達寶通輪胎有限公司，山東 東營 257000)

1 項目實施背景

1.1 國家能耗管控碳排放指標(biāo)背景

隨著全球氣候問題的加劇，世界范圍內(nèi)對于減緩氣候變化, 減少二氧化碳排放的呼聲越來越高。低碳發(fā)展成為各國共識。發(fā)達國家率先提出并實施了一系列低碳經(jīng)濟和減排政策，取得了一定成效, 我國作為發(fā)展中國家，本著負(fù)責(zé)任大國的態(tài)度履行著我國碳排放義務(wù)。

2020 年，中國政府首次向國際社會宣布了中國碳排放的目標(biāo)，提出了二氧化碳排放力爭在 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年實現(xiàn)碳中和。各級地方政府為了該目標(biāo)的達成，不斷提出相應(yīng)的對策措施。

具體到輪胎行業(yè)，山東省作為輪胎大省，目前年產(chǎn)量占到全國產(chǎn)量的一半以上，從2021 年開始已經(jīng)將輪胎行業(yè)納入“ 雙高” 行業(yè)進行管理，逐步開展相關(guān)淘汰政策，全鋼年產(chǎn)能低于120 萬套的輪胎廠將陸續(xù)被淘汰關(guān)停。輪胎行業(yè)電能消耗主要集中在密煉車間和動力車間，分別能占到全廠能耗的40% 左右，動力車間空壓機的耗電占到80% 以上，因此如何有效降低空壓機耗電量，成為輪胎行業(yè)持續(xù)關(guān)注的研究課題。

1.2 輪胎企業(yè)目前空壓機配置和壓縮空氣消耗情況

山東萬達寶通輪胎有限公司全鋼廠區(qū)目前有一部，二部，工程胎三個空壓站，總共配備空壓機11 臺，產(chǎn)氣量160 m3/min，每小時運行費用達到825 元。輪胎企業(yè)生產(chǎn)過程中壓縮空氣消耗量主要集中在成型車間成型設(shè)備、硫化車間硫化機和密煉車間炭黑氣力輸送設(shè)備?？諌簷C多集中布置在空壓站，通過管道輸送到需要的設(shè)備處，一般在進入使用設(shè)備前配備儲氣罐，儲氣罐作用主要是緩沖和過濾壓縮空氣，防止壓縮空氣內(nèi)含有的雜志和水分進入到氣動元件內(nèi)，對其造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。尤其是冬季來臨之后氣溫比較低，壓縮空氣的露點控制不好，會在輸送過程中產(chǎn)生大量的水，從而對相關(guān)氣動元件造成一定的損傷，使氣動元件故障率提高，增加了維修勞動強度和維修費用。

1.3 輪胎企業(yè)壓縮空氣傳統(tǒng)干燥方式介紹

壓縮空氣在生產(chǎn)中需要經(jīng)過管道到達氣動設(shè)備和用氣端，而壓縮空氣中通常含有水、油、塵等雜質(zhì)，其來源于空氣，如果不進行處理，會損壞管道，損壞氣動設(shè)備，以及接觸產(chǎn)品導(dǎo)致產(chǎn)品工藝下降。所以需要配置壓縮空氣凈化設(shè)備（也叫空壓機后處理設(shè)備）來對壓縮空氣中的雜質(zhì)進行凈化，空壓機干燥機就是其中用來去除水份的設(shè)備。如圖1 所示為傳統(tǒng)微熱再生干燥機，從流程圖可以看出，干燥機再生時，需要耗費相當(dāng)于干燥機入口氣量10%～15% 的壓縮空氣才能達到干燥的目的，這些壓縮空氣都被排放到大氣中。

圖1 微熱再生吸附式干燥機 流 程 圖

1.4 由于傳統(tǒng)壓縮空氣干燥方式造成的一系列問題

萬達寶通公司目前使用的干燥機為微熱再生干燥機，經(jīng)過對現(xiàn)場實際使用情況進行檢測發(fā)現(xiàn)如下幾個問題：

（1）一部空壓站：空壓機（50+38+40+40+40）m3/min→冷干機（42 m3/min 杭州超濾）×5→吸干機（42 m3/min 杭州溢達）×5，2016 年03 月設(shè)備，實測壓力露點2～3 ℃。

（2） 二部空壓站：空壓機（40+40+40）m3/min×3→冷干機（42 m3/min 杭州溢達）×3→吸干機（42 m3/min 杭州溢達）2011 年05 月設(shè)備實測壓力露點-2～-3℃

（3）工程胎空壓站：空壓機（25+25+30）m3/min×3→冷干機（32 m3/min 杭州溢達）×2→吸干機（32 m3/min 杭州溢達）×2。2016 年03 月實測壓力露點-9～-13 ℃，30 min 切換一次，耗氣量很大

目前經(jīng)過實測，空壓站普遍存在露點不達標(biāo)，設(shè)備耗氣量高，能耗高。經(jīng)分析：微熱吸附式干燥機實際耗氣量10%～15% 之間，露點不好的主要問題是吸附劑的質(zhì)量性能跟吸干機整體設(shè)計壓力容器塔體的容積小，填充量小，還有耐溫100 ℃，150 ℃，這個溫度不足以支撐吸附劑充分再生溫度180 ℃，實測觀察加熱溫度才95 ℃。實際使用過程中，現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)壓縮空氣內(nèi)含有水分的情況出現(xiàn)，甚至造成壓力不穩(wěn)定，氣動元件如氣缸、電磁閥等出現(xiàn)卡頓漏氣等情況。

2 輪胎企業(yè)壓縮空氣鼓風(fēng)式干燥方式介紹

目前新式干燥機主要有如下幾個類別

（1）微熱吸干機為PB 鼓風(fēng)式吸干機（壓力露點-40 ℃，平均耗氣量≤3%）；

PB 鼓風(fēng)式吸干機流程說明：

吸附過程和普通再生干燥機相同，都是從底部從下而上的進行。再生過程主要是兩大步驟，加熱和冷吹。

以下是加熱過程（圖2）：設(shè)備周圍的大氣通過鼓風(fēng)機被吸入，改氣體被加熱器加熱提溫，被加熱的氣體從上而下對A 塔進行熱再生，塔中的水分被蒸發(fā)帶出系統(tǒng)外。

圖2 微熱吸干機為PB 鼓風(fēng)式吸干機加熱示意圖

以下是冷吹過程（圖3），加熱器停止加熱，通過控制器控制切換閥門，從干燥機出口引干空氣

圖3 微熱吸干機為PB 鼓風(fēng)式吸干機冷吹示意圖

從上而下對A 塔進行冷卻，冷吹后的氣體通過再生排氣閥排出。

（2）PBZ 鼓風(fēng)零氣耗吸干機（壓力露點-40 ℃，平均耗氣量0）

PBZ 鼓風(fēng)式吸干機流程說明：

吸附過程和普通再生干燥機相同，都是從底部從下而上的進行。再生過程主要是兩大步驟，加熱和冷吹。

以下是加熱過程（圖4）：設(shè)備周圍的大氣通過鼓風(fēng)機被吸入，改氣體被加熱器加熱提溫，被加熱的氣體從上而下對B 塔進行熱再生，塔中的水分被蒸發(fā)帶出系統(tǒng)外。

圖4 PBZ 鼓風(fēng)零氣耗吸干機加熱過程

圖5 是PBZ 鼓風(fēng)零氣耗吸干機冷吹過程，加熱器停止加熱，通過控制器控制切換閥門，空氣通過冷卻器冷卻后從下而上對B 塔進行冷卻，由于冷吹溫度較低，因此在冷吹過程中空氣被干燥，改干燥后的空氣通過鼓風(fēng)機密閉循環(huán)，直到塔的溫度被冷卻。

圖5 SBZ 鼓風(fēng)式吸干機流程圖

圖5 PBZ 鼓風(fēng)零氣耗吸干機冷吹過程

（3）SBZ 鼓風(fēng)零氣耗吸干機（壓力露點-10～-20℃，平均耗氣量0）

PBZ 鼓風(fēng)式吸干機流程說明：

該機型是連續(xù)操作的雙吸附塔設(shè)計。工作過程一塔再生，另一塔干燥。 假設(shè)①號塔處于干燥狀態(tài)，②號塔處于再生狀態(tài)。整個工作周期：4 h，2 h 干燥，2 h 再生。時間可調(diào)，

加熱階段：鼓風(fēng)機吸外部環(huán)境空氣進入加熱器進行加熱，加熱后的熱空氣進入②號塔對吸附劑進行加熱再生，最后經(jīng)消音器排出。

冷吹階段：鼓風(fēng)機吸外部環(huán)境空氣進②號塔對加熱完畢的吸附劑進行冷吹，最后經(jīng)消音器排出。

3 三種鼓風(fēng)式干燥機技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟效益對比分析

三種新式的鼓風(fēng)式干燥機相對于傳統(tǒng)干燥機解決了額外消耗壓縮空氣的固有特性，同時在降低露點方面效果也非常的明顯，通過對普通微熱干燥機升級改造，更換氣控閥門和控制系統(tǒng)。改變其工作流程，降低再生氣體排放量，達到更好的壓力露點，更能達到節(jié)能的目的。

3.1 改造后控制特點介紹

（1）中文液晶顯示流程，參數(shù)報警、運行參數(shù)畫面清晰，操作方便；可顯示實際露點、累計運行時間，再生塔的溫度、壓力數(shù)顯。

（2）具有斷電記憶功能, 斷電重啟后自動恢復(fù)繼續(xù)運行。

（3）定制專用吸附式干燥機雙偏心閥門，切換精確，質(zhì)量穩(wěn)定。

（4）鼓風(fēng)機采用國內(nèi)外知名品牌，低能耗，高能效，大流量，保證再生充分。

（5）循環(huán)運行周期變長，延長了閥門的使用壽命；

（6）減少耗氣量，降低公司的運行成本。

3.2 技術(shù)參數(shù)對比

通過表1 對比，鼓風(fēng)式零氣耗干燥機再生氣耗氣量可以降低到0%，從而極大地減少壓縮空氣的浪費，輪胎生產(chǎn)公司目前通過各種方式降低能源消耗，成立專門組織定期開展跑冒滴漏的專項檢查，以期能夠減少能源的消耗，耗費大量人力物力，效果卻不是特別的明顯，通過改造為鼓風(fēng)式零氣耗干燥機可以立竿見影的減少壓縮空氣消耗13% 左右。對于全廠能耗的降低可以說是事半功倍的作用。新技術(shù)新裝備在生產(chǎn)現(xiàn)場的使用，往往能夠起到管理措施無法達到的效果。

3.3 經(jīng)濟效益分析

通過表2 對比1 年1 臺鼓風(fēng)式干燥機和一臺傳統(tǒng)微熱再生干燥機1 年的運行費用，可以測算出鼓風(fēng)式干燥機相較于傳統(tǒng)微熱干燥機1 年可以降低費用87 500 到140 000 之間，經(jīng)濟效益十分顯著，其中通過表3 可以看出SBZ-500 型鼓風(fēng)零氣耗干燥機，1 臺干燥機改造的投資回報周期可以控制在2 年以內(nèi)。這些分析的都是直接能源消耗的對比，對于現(xiàn)場用氣設(shè)備故障率的降低和現(xiàn)場工藝穩(wěn)定的作用，無法用數(shù)字來簡單比較。投入使用之后現(xiàn)場壓縮空氣中水分含量明顯降低，氣動元件故障率達到了有效的控制，基本上沒有出現(xiàn)因為壓縮空氣質(zhì)量問題出現(xiàn)的氣動元件的故障，降低了現(xiàn)場維修費用，降低了維修工的勞動強度。

表2 鼓風(fēng)式干燥機經(jīng)濟效益分析對比

表3 鼓風(fēng)式干燥機投資回報周期測算

3.4 改造的具體方案內(nèi)容

為了最大限度的降低改造投入，充分利用原有的傳統(tǒng)干燥機，對干燥機各部分進行了分解，單獨進行更換，原有干燥機能夠留用的部分全部留用，通過表4，改造主要分為7 個部分，主要是容器組件改造、新增鼓風(fēng)機系統(tǒng)、加熱器升級、閥門組件升級、管道組件升級、電氣箱改造升級。整個改造歷時6 個月的時間，主要還是受疫情影響相關(guān)配件交貨期比較長，對控制系統(tǒng)進行了全面升級，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，避免了突發(fā)運行故障的發(fā)生。改造完成后目前整體設(shè)備運行良好，達到了預(yù)期的節(jié)能目標(biāo)。

表4 改造的具體方案內(nèi)容

4 總結(jié)

通過分析，我公司對部分傳統(tǒng)干燥機進行了鼓風(fēng)式干燥機的改造，對比改造之前全廠三個空壓站每分鐘產(chǎn)氣量160 m3左右，每小時運行費用達到825 元。經(jīng)過改造目前耗氣量降低到140 m3左右，每小時節(jié)約費用107 元，全年按照生產(chǎn)330 天計算，年可節(jié)約能源消耗費用80 余萬元。同時經(jīng)過相關(guān)改造之后，壓縮空氣質(zhì)量明顯提升，冬季天氣較冷的時候也沒有出現(xiàn)壓縮空氣含水量多的情況，通過工藝設(shè)備總進氣前的壓縮空氣儲罐和氣動三聯(lián)件可以完全避免氣動元件進入水，從而降低了氣動元件故障率，降低了現(xiàn)場維修的工作量。經(jīng)過實際使用測算1.5～2 年就可以收回投資，效果顯著，可以在輪胎行業(yè)推廣應(yīng)用。