《压缩空气系统的节能技改201354.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《压缩空气系统的节能技改201354.doc（5页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流压缩空气系统的节能技改201354.精品文档.压缩空气系统的节能技改王伟林 张小燕 周洋(江苏省镇江船厂(集团)公司 212005)摘 要：压缩空气系统是造船企业等许多厂（矿）生产中的重要动力设施，在电能消耗中占有较大比重。合理选择空压机的型号与配置，采用变频调速技术和智能控制，实行末端无功补偿和优化供气管系，能取得显著的节能效果。这些节能措施，容易实现、见效较快、收益很高、经济合理，符合绿色用电和低碳经济的要求。关键词：空压机 节能 收益1. 压缩空气系统的概况在新建、扩建或改建压缩空气系统时，相关规范要求必须保证安全生产、保护环境、节约能
2、源、改善劳动条件，做到技术先进和经济合理。根据我厂生产用气对流量和压力的需求，厂西空压机站设在靠近西厂区用气负荷中心，距离35kV变电所约300米。在设计时确定空压机总排气量为300m3/min、额定排气压力1.0MPa。为稳定气压，在适当位置共配置了缓冲和储气之用的储气罐合计容积为52m3，（设计压力为1.16MPa、工作压力为1.0MPa）。向厂西各用气单元供气的压缩空气主管道分别进行敷设，各条主管道上都装有控制阀。我厂生产用气对气源压力有两种要求，一种是0.60MPa左右，另一种是0.80MPa左右。为了提高用电日负荷率和充分利用谷电等因素，将前者用气时间安排在8：00-22：00，将后
3、者用气时间安排在22：00-8：00，从制度上做到经济合理用气。我厂主营范围为特种船舶建造，和许多在生产中需要大量使用压缩空气的厂（矿）一样，压缩空气系统是生产中的重要动力设施，在电能消耗中占有较大比重。以我厂为例，虽然已经比较重视对压缩空气系统的管理，但长期以来，压缩空气站的耗电量都占总用电量的50%以上。减少压缩空气系统在运行中的能源消耗和经济合理地用气，是降本增效、实现绿色用电的重要环节。为此，我厂进一步加强了对压缩空气系统的日常运行管理以杜绝浪费，采用了高效气动工具以提高效率。在此基础上，还采取了一些容易实现、见效较快、收益很高的节能措施。现将我厂在压缩空气系统节能运行方面的一些措施简
4、述如下，供同行参考。2. 主要节能措施2.1 空压机的选型空压机的种类很多，在选型时应当综合考虑应用场合与对气体品质的要求，以及生产工艺对流量与压力的要求来进行选择。我厂在选择空压机型号与规格时，经过技术经济对比，采用了8台技术较为先进的螺杆空气压缩机，主要参数为排气量:38.2m3/min、排气压力:1.05MPa、电源:10kV/50Hz/3ph，电动机额定功率为250kW，其中一台8号空压机为0.38kV/50Hz/3ph。选择多台空压机并联运行的理由有很多，就节能而言，主要是为了可以分别控制各台空压机的起动与停止，以便根据用气量的需求，在1-8号空压机中合理选择投入运行的容量，为实现智
5、能化控制创造条件。将1-7号空压机采用高压电动机，是为了减少配电系统的损耗。实践证明采用10 kV 高压电动机，比采用0.38kV低压电动机能降低线损80%以上，同时也可减少电源电缆初次投资费用70%以上。将8号空压机的电动机额定电压选为0.38kV，是因为将其进行变频调速控制当主供机使用，选择低压电动机可以节省变频器的投资费用和减小变频器的体积。2.2 应用变频调速技术在生产过程中，普遍存在用气时间不固定和用气负荷不均衡的现象，在这种状况下最适宜采用变频调速技术，节能效果最为显著。我厂选用的螺杆压缩机是技术较为先进的机型，主机是一对靠啮合的螺旋形主、辅转子进行压缩的单级变容式回转机械，通过主
6、、辅转子在气缸内同时啮合来完成压缩。主转子上有螺旋形凸齿，辅转子上有螺旋形凹槽与主转子上的螺旋形凸齿啮合。空压机的进气口位于压缩机气缸顶部靠近驱动轴侧，排气口位于气缸底部相反的一侧，当主、辅转子在进气口尚未啮合时，空气流入主转子凸齿和辅转子凹槽的空腔内，此时压缩循环开始。当转子与入气口脱开时，空气被封闭在主、辅转子构成的空腔内，并随啮合的转子轴向移动，当继续啮合，更多的主转子凸齿进入辅转子的凹槽，容积减少，压力升高。主、辅转子齿槽之间不断地产生周期性的容积变化使空气沿着转子轴线由进气口输送至排气口，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程，将气体升压并输出到储气罐内。这种压缩机虽然进气阀能具
7、有0100%进气容调控制功能，在运行中能随着实际压缩空气需求量的变化自动调整进气阀的开度来限制进气，以控制压缩机排气量或关闭进气阀使压缩机空载。由此可见，该型空压机本身已属于节能型。但是，无论空压机是处于加载还是处于卸载状态，空压机仍处在工频下运行，转速几乎无变化，有功与无功固定损耗都不变。当进气阀随着用气量减小也相应减小，使空压机处于轻载运转时，或者当进气阀完全关闭，使空压机处在空载运行时，电动机仍然在消耗一定的电力，实测数据显示空压机耗电量为满负载时的40-70%左右，且无功功率较大，功率因数很低。而采用变频调速技术，可依据压缩空气负荷的变化，自动调节空压机的转速，实现对空压机输出功率的控
8、到，起到节电降损的作用。具体做法是选用一台空压机（8号机）作为变频主供机，由具备PID调节功能的变频器进行软起动与自动控制其转速，1-7号空压机全部处于热备用状态。安装在压缩空气总管上的压力传感器将采集到的压力信号经过模数转换反馈给变频器，与预先设定的压力参数相比较，实行闭环控制。当取样压力达到设定值上限时，自动调低主供机的电源频率以降低转速，最低可降低到10Hz频率下运行；反之，自动调高频率以提高主供机的转速，直至主供机恢复到工频转速下运行。由于电动机的轴功率近似地与转速的立方成正比，当空压机提供的压缩空气量大于系统消耗量时，空压机自动减速运行；当只有主供机单独运行的工况下，如果总管上的压力
9、超过设定值上限0.02MPa并经过设定的延迟时间，主供机可自动停机。实践证明空无机变频调速的节电降损效果十分显著。2.3 智能化监控由于我厂用气负荷波动较大，要实现多台空压机的经济合理运行，就必须要根据实际用气量来及时调整投入运行的空压机容量，方可保证供气压力基本稳定且做到节电降损。如果依靠人为指令或经验来确定投入运行的空压机数量，由人工操作控制开机与停机，很难实现经济合理运行。仅对其中一台主供机（8号机）实行变频器调速控制来改变容量，只能使主供机做到节能运行。在用气量很小的时段，即使主供机已经降至最低转速运行，仍有可能气压还是大于设定值上限，如果此时有多台空压机在运行，若不能及时而有选择的将
10、已投入运行的其它机组停机，势必继续处于压缩空气供大于求的状况，即使进气阀完全关闭，压缩机仍有空载损耗；若对各台备用空压机都采用变频器调速，投资费用又较大，从技术经济角度来说，也无此必要。因此，在有多台空压机可供调节的条件下，采用智能监控装置来取代人工操作，是合理控制空压机投运容量的最佳选择。具体做法是装设微机智能控制装置，从各台空压机的RS485接口将运行参数进行汇集实行联控，根据实际用气负荷，由微机发出容调和投、切指令，自动控制排气量和需要投入运行的空压机数量。控制流程为：首先是软起动变频主机(8号机)进行工频满负荷运行，同时起动备用机组中的1号机（将1号机设为工频主机）投入运行供气，在设定
11、的延迟时间内，如果取样压力能达到设定值上限，即视为已进入正常运行状态，8号机自动转入变频调速工况运行；当1号机与8号机都处在工频状态下运行，经过设定的延迟时间，取样压力仍旧低于设定值下限时，智能装置自动起动2号备用空压机投入运行供气；若再经过设定的延迟时间，取样压力还是低于设定值下限时，智能装置再自动起动3号备用空压机投入运行供气，以此类推，智能装置自动依次起动各台备用空压机投入运行供气。各台备用空压机可根据设定的循环时间以次循环投入运行；当其中任何一台空压机发生故障而自动退出运行、或因其它原因暂不能投运时，智能装置根据用气负荷的需求和设定的次序，自动起动下一台备用空压机投入运行。反之，当8号
12、机已处在最低频率（10Hz）状态下低速运行，而取样压力仍处于设定值上限时，首先由各台空压机自动卸载（减小进阀的开度），在实现充分容调之后，取样压力仍处于设定值上限时，由智能装置自动依次将正在运行的备用空压机按设定的延迟时间逐台停机，先投运的先退出，直至1-7号机全部停机。从而使投入到运行中的空压机容量始终处于最合理状态，有效地降低了电耗。在正常供气状态下，无论是有几台空压机在运行，也无论是增加或者是减少投入运行的空压机数量，8号机都将优先处在自动调频状态；当8号机因故障等原因不能投运时，则视同8号机已满载运行而取样压力仍低于设定值，智能装置不再经过延迟，立即起动备用空压机投入运行。供气压力上限
13、与下限及压力达到上、下限的延迟时间等设定参数，都可以根据工艺要求随时在智能装置中进行更改与保存，并在计算机的显示屏上显示模拟图和相关参数。运行数据可以储存、打印与通过网络实现远距离监控。同时在监控室内装设手动控制台，可对各台空压机进行应急控制；起动或停止的应急控制权，均优先于各台空压机的自动控制。2.4 采用末端无功补偿技术 8台空压机在运行中的功率因数受负载影响较大，尤其是当空压机处在低负荷和空载运行时，功率因数很低。为提高功率因数，对1-7号机采用了高压电容器进行基本无功固定补偿，在各台空压机的电源进线端，各并联了一台高压无功补偿箱，电容器额定容量为150kVAr，与电容器串联的电抗器匹配
14、电抗率为6，高压无功补偿箱无须另行装设开关与控制器，由控制空压机的断路器将其与电动机同时投切，(见图1)。对8号机是采用了9组“无功补偿与谐波治理一体化模块”（见图2中C1-C9），每组容量为15kVAr，由无功自动补偿器按实际工况自动控制各个补偿模块的投切，保持8号机功率因数达到0.95以上，控制电路见图2。图1 末端无功补偿电路图图2 无功自动补偿电路图由于8台空压机都实现了无功就地平衡，使西压缩空气站的用电平均功率因数从补偿前的0.70左右提高到了0.95以上，同时也减小了1-7号机的起动电流，降低了系统损耗和提高了开关寿命。2.5 供气管网的优化（1） 增加储气罐容积 压缩空气系统的理
15、想状况是供气压力正好满足用气需求，能保持压力恒定，实际上难以做到。有了变频调速和智能控制后，情况虽有所改观，但要减少1-7号机的起/停次数，必须增加储气罐的容积。一般来说，储气罐的容积不宜少于空压机总排气量的30%。在压缩空气负荷波动较大的区域，宜就近设置储气罐。经计算，将我厂储气罐总容积增加到110m3，能明显减少了空压机的频繁起/停，不仅节能，而且对保持电网稳定、延长空压机使用寿命以及降低耗材费用等方面都有良好的效果。（2） 减少管路压力损失 在压缩空气输送管道中，压力损失不像气体的“跑、冒、漏” 所造成的浪费那样明显，因而容易被忽视。实测结果表明，如果输气管道较长、弯头较多或管道通径偏小
16、，压缩空气在输送途中产生的压力损失相当可观，不应小视。因此，在设计管路时应当注意尽量减少管道长度和弯度，适当增大管道通径，同时合理调整各种管接头（阀门、弯头、三通等）的位置关减少其数量。在条件允许时，可将一个用气单元内的供气管道实行环形敷设，或者将数根供气支管的末端进行并联（见图3），这些措施都可使输气管道的压力损失显著减少。经计算，将我厂供气管道用此方法进行改造后，不仅能使该用气负荷区的管道压力损失减少35%以上，而且还能提高供气压力的稳定性，使气动工具的效率有所提高。图3 并联供气示意图3. 投资与收益压缩空气系统的节能运行，投入小，见效快、收益大。我厂在压缩空气系统技改中的投资与收益的主
17、要情况如下：3.1 变频调速配置1台变频器及附属设备计22.3万元。主供空压机的额定功率为250KW（服务系数1.2），全年运行时间在8000小时以上。运行数据表明，常年在工频状态下运行的主供机平均负载率约0.75，全年耗电量约为1500000kWh，将其进行变频调速后，使主供机经常自动转为在额定转速以下运行，全年耗电量约降至1000000kWh，与安装变频器前相比较，节电率约33%。按峰、谷、平三种电价的平均值0.65元/kWh计算，一年至少可节省电费开支0.65元/kWh500000kWh32.5万元。不到九个月即可收回投资。3.2 智能监控智能监控装置及控制台、电缆、传感器、通讯模块、I
18、O模块等，安装调试工料费用计5万元。我厂35kV变电所计算机监控系统自动记录的数据显示，西空压机站为供应生产用气常年需基本投运的空压机为4至6台，平均负载率约0.70，为了应对波动较大的用气负荷，只有经常将全部空压机都投入运行。而依靠值班人员不可能随时按用气负荷变化来合理控制空压机的投运数量，因此时常出现空压机处于轻、空载工况下运行。实现智能化监控后，在有一台变频调速主机常年运行的基础上，每天至少有在超过10小时以上的时间内，基本投运的备用空压机数量减少了2至3台，以平均比原来减少2.5台(总功率按460KW)基本投运的空压机计算，全年可减少用电量为460KW10h/天360天1656000k
19、Wh，全年可节省电费开支0.65元/ kWh1656000kWh107.6万元，不到一个月时间即能收回投资。3.3 末端无功补偿 末端无功补偿的投入为新装8台无功补偿箱，工料费用合计19万元。按通过补偿将厂西压缩空气站的平均功率因数从0.75提高到0.95，仅对取得效果中的一项(减少的无功电量)进行计算，全年至少可减少无功电量4800000kVArh，按无功经济当量取0.1，全年能节电4800000kVAr0.1480000kWh，全年节省电费为0.65元/kWh480000kWh31.2万元，七个月时间即能收回投资。3.4 优化供气管网该项投入中，储气罐2只、出气分配总成、管材、阀件等工料费
20、用合计18万元。一年中减少的压力损失足以收回该项投资（计算略）。以上尚未计入供电系统损耗与减少空压机运行时间而节省的换油、检修、损耗等方面的收益。实践证明，通过技术措施实现压缩空气系统的节能运行，符合绿色用电和低碳经济的要求，能取得著的节电降损效果，而且容易实现、见效较快、收益很高。如果技改投入的设备使用寿命为10年，则节能技改投资收益率可达到2500%以上。参考文献：1 中国机械工业联合会、中机国际工程设计研究院，GB50029-2003压缩空气站设计规范，S，北京，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中华人民共和国建设部中国国家标准化管理委员会，2003年2 周洋，空压机智能变频调速装置技术规格书C，江苏省船舶数字化设计与制造工程技术创新中心，2011年1月18日3 周洋，末端补偿的理论和实施，J，【电工技术】，1989年第10期（总第106期），第3-7页，国内统一刊号CN51-1234作者简介：王伟林 1970.4，男，工程师，江苏省镇江船厂(集团)公司副总经理，主要从事技术管理；张小燕1986.9，女，工程师，江苏省镇江船厂(集团)公司设备科负责人，电气专业，主要从事设备管理；周 洋1943.11，男， 高级工程师 硕导 江苏省镇江船厂(集团)公司副总工程师，主要从事电气工程设计与研究。