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機械社區

即使是一個按照合理計劃建立的壓縮空氣的供應站，如果在日常運轉中能不斷按實際應用情況去改進管理方法，還可以進一步提高經濟效益。本文以下列舉兩個事例，讓讀者可以對于優化壓縮空氣的管理有更深入的了解。ffice

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以下例子是一個為塑膠制品廠服務的壓縮空氣供應站。塑膠廠共有職工千多人，專門生產供自動化、醫療和電子工業使用的各種塑膠零部件和標準件。

為滿足使用要求，經過對該站的改建共配置了以下各種設備：一臺可控制轉速壓縮機，容量為1.8～ffice:smarttags" />12m³/min。兩臺固定轉速螺桿式壓縮機，容量分別為3.5m³/min和18m³/min。還有一臺固定轉速螺桿式壓縮機的容量為8m³/min。作為備用機的是三臺老式活塞壓縮機，合計容量為23m³/min。

在實際運轉中通過改進管理方法，即嚴格按照需求量對所有設備實施優化和自動化控制后充分發揮不同性能設備的作用，從而使整個站的空轉時間少于0.03%。

除了壓縮機外，還配制了干燥器和篩檢程式等設備。對兩臺并聯連接的27m³/min冷凍干燥器，附加設置了應用分散技術的活性炭篩檢程式。經篩檢程式濾去油分子后，即可以提供高品質的不含油壓縮空氣。

在新壓縮空氣供應站的運轉初期，因沿用以往的串聯控制方法進行管理，所以經濟效益的提高并不很明顯。后來該用現代方法，全自動的嚴格按照需求量控制各臺壓縮機運轉，從而大幅度的減少了空轉時間，經濟效益也明顯的得到提高。因為改進后的管理方法是對新型螺桿式壓縮機同時實施優化管理，所以使該站能完滿地適應需求量在3到30 m³/min之間的劇烈波動，從而有可能大幅度地減少空轉時間。該站管理人員的經驗是，僅管經過改造以后從設備上為壓縮空氣供應站提供了節能的有利條件，但真正實現提高經濟效益的目的還需要管理人員針對壓縮空氣的需求量的波動狀況，通過有效控制充分發揮不同性能設備的作用。

當然改進管理方法也要耗費一定的時間進行試驗，在開始試驗時也走了不少彎路。例如曾經應用改變程式和排除電子儲存物的方法對壓縮機進行控制，結果是收效甚微。最后采用優化和全自動控制的極專業化控制方法，才獲得了良好的效果。因為這種控制方法可以使現有壓縮機，其中當然也包括可調整轉速壓縮機和其他規格壓縮機能夠嚴格按照需求量運轉。

在對壓縮空氣供應站供氣量的調整中，毫無疑問可調整轉速壓縮機將起主導作用，因為可以將他調整到所需轉速。特別是使用所謂的磁阻電動機時，則節能效果更好。不過這時要求管理人員對不同性能壓縮機作適應性控制，使它們相互之間能非常協調地配合運轉。該站用于直接耦合的可調整轉速壓縮機共有三臺。他們之間的額定功率分別為50、75和128kW,壓力為7bar時的容量為1.09～19.59m³/min。除了這三臺壓縮機相互配合外，還可以采用單臺壓縮機或最大負荷壓縮機的形式，與單臺或多臺固定轉速壓縮機配合運轉。對所有壓縮機實施上述管理以后，最多可以比以往節能50%。在多臺壓縮機之間用±0.2bar壓力差分級，就可以向網路提供壓力分別為5和13bar的壓縮空氣。

至于為了改建壓縮空氣供應站的較高初期投資，則可以很快從通過縮小壓力差，消除電流峰值和優化能量利用率等方面獲得的經濟效益回報。其中優化能量利用率是通過調整壓縮機運轉過程中的轉速，使功率范圍內的運轉壓力在適合壓縮空氣需求量條件下，能量消耗達到最小時實現的。由于壓縮機的使用性能很好，只要對驅動電動機稍稍加熱就可以隨時作快速起動。還因為這種特殊電動機的轉子是在永久磁鐵上繞線制成，所以不僅可以承受很大的徑向負荷，還可以在700~5.000rpm轉速范圍內作無級變速運轉。用于控制壓縮機運轉微處理機附有各種操作功能表，以及清楚顯示文字、監督定期維護保養和排除干擾等裝置。僅管用于監督的費用并不多，但在顯示幕上隨時可以顯示各壓縮機的運轉情況。除此之外對磨損件等各種需要經常更換零部件的運轉狀況，也可以隨時進行監視。一旦發現有問題就可以及時更換，所以在運轉過程中很少發生故障。從而使可調整轉速壓縮機的有效運轉率始終保持在90%以上，空轉時間卻很少。其中所使用的特種電動機的運轉原理，以及在電動機定子和轉子之間產生磁吸引力的電流變頻器等屬于專利技術。防止出現電流峰值的任務，由專門設置的電容器承擔。

在實施優化控制時，首先對容量1.8~12m3/min的新型可控制轉速壓縮機，容量分別為8和3.5m3/min的固定轉速螺桿式壓縮機，以及3臺總容量為23m3/min的老式活塞壓縮機采取措施。

新管理方法是對聯結在一起的壓縮機，實施保證壓力差僅為±0.2bar和固定壓力為7.5bar的控制。這樣就可以在不增加任何輔助設備的條件下，使壓力空氣供應站具有供應壓力高達7.5bar壓縮空氣的能力，并可以使空轉時間達到最少。把3臺老式活塞壓縮機作為備用機是因為備用機投入運轉的機會很少，這樣就可以使原有設備做到物盡其用。更主要的是與使用新壓縮機相比，可以大量減少初期投資。可調整轉速壓縮機在這里所起的主導作用是將轉速調整到容量12m3/min時，可保證總功率有一個較大的可變動范圍，從而可以適應壓縮空氣需求量發生突然增加和減少的波動。

近幾年來用戶對壓縮空氣的需求量還在不斷增加，有的壓縮空氣供應站因經常要擴建而給日常工作帶來許多麻煩。而該站只要對配置設備作適當調整并加強管理，就可以在一定范圍內改進對需求量增加以后的適應性。這樣不僅可以減少麻煩，還可以節省費用。

例如上面介紹的壓縮空氣供應站，按照可調整轉速壓縮機的最小和最大容量，總容量的范圍為36.3~46.5m3/min。現在要求將最大的總容量上升到64.5m3/min，比原來的最大總容量提高了18.0m3/min。為此必須改進它對不同需求量的適應性。這時可以按照以下方式配置設備：

·一臺專門與供應壓縮空氣管道連接的，最大容量為12m3/min的可調整轉速壓縮機。

·一臺“公稱”容量在20~30m3/min之間的可調整轉速壓縮機。并要求它在與其他壓縮機聯結在一起運轉時，“安全”的優化容量達到18m3/min

·一臺最大容量可達到30m3/min，最小容量可控制為8m3/min的壓縮機。

·由三臺總容量為23m3/min的老式活塞式壓縮機，和1臺容量為3.5m3/min的小型螺桿式壓縮機作為備用機。這樣備用機的總容量就可以達到26.5m3/min。

由上述壓縮機所產生的壓縮空氣通過兩臺并聯聯結的冷干燥器后，就可以向供氣網路輸送壓縮空氣。這時不僅所供應壓縮空氣的品質很好，且壓縮機的運轉也很安全。在供應容量能滿足不同時間的最大和最小需求量的條件下，空轉率只有0.03%左右。因運轉時不存在超載的危險，所以故障也很少。還因為可以將壓縮露點控制在+3℃左右，所以干燥后的壓縮空氣不需要再作任何控制和驅動。這樣用于對塑膠模吹氣時，也具有良好的冷卻效果。除此之外因約有90%壓縮空氣經過活性炭篩檢程式處理，從而可以成為不含油的壓縮空氣。這樣不僅可以供成形高品質塑膠件的注射模具使用，與此同時還可以滿足工廠中不含油壓縮空氣網路的需求。

這里介紹的是一個經過改建的年最大供應量達到600萬m3的壓縮空氣供應站。因為該站能嚴格按照與用戶的協議管理供應站的運作，從而比同類壓縮空氣供應站節省能耗40%。

該站按照用戶要求需供應壓力分別為6bar和13bar的兩種高壓壓縮空氣，為此設置了多臺大型壓縮機。在所有大型設備中，有一臺可以產生壓力13bar高壓壓縮空氣的活塞壓縮機。總容量完全可以滿足生產衛生用品工廠需求。原來設置的輸送10bar壓縮空氣的網路，現在可供輸送6bar壓縮空氣使用。這樣首先就節省了初期投資。

·壓力6bar壓縮空氣網路，一年總共供給450萬m3壓縮空氣。每天第一班的供氣容量需達到15~20m3/min。第二班和第三班均為10~15m3/min。

·壓力13bar壓縮空氣的網路，一年總共供給150萬m3壓縮空氣。每天第一班的供氣容量需達到8m3/min。第二班和第三班均為6m3/min。

整個站的供氣工作是在充分掌握需求量和規定壓力的條件下實施，并特別強調總容量應具有一定的余量作為保險系數。經過研究機構對上述運轉狀況測算后，再確定適宜的工作壓力。實施供氣狀況由常規數字式載入儀表檢測，同時對整個供氣過程的壓力也進行檢測。

當通過檢測膜片掌握了每一時間段壓縮空氣的流量以后，就可以對工作壓力進行調整，以便減少供氣網路中壓縮空氣的多余儲存量。當適當降低工作壓力以后，通過管道的壓縮空氣也會按比例減少。反過來只要能在極短時間內檢測出該時的工作壓力，也就可以精確地計算出該時壓縮空氣在管道中的流量。應用上述測量值，就可以繪制出以很小時間段作為單位的管道中壓縮空氣流動量的變化狀況。

再借助數位式載入檢測裝置，就可以確定壓縮機運轉過程中的全負荷、空轉和靜止時間。當確定了每一臺壓縮機輸送壓縮空氣的時間后，即可模擬出管道對壓縮空氣的需求量和最后的實際總消耗量。再所由檢測得到的壓力變化狀況與模擬結果結合在一起進行分析，就可以繪制出用戶對壓縮空氣需求量隨時間發生變化的曲線圖。此圖可幫助管理人員切實地按照需求量供應壓縮空氣。

當數位載入檢測裝置檢測到聯結一起運轉壓縮機以KW為單位的消耗功率以后，則通過計算（這里必須注意的是不能用測量值代替）就可以獲得短時間內壓縮空氣需求量的峰值。這時就應該控制壓縮機在適當大于峰值條件下運轉。與此同時按照不斷變化的工作壓力，確定能滿足實際消耗所需要的壓縮空氣供應量。當然其中也應該包括壓縮空氣儲存器和送氣管道的消耗量。

從按照上述方法繪制的6bar網路與工作壓力變化相對應的壓縮空氣消耗量圖中可以看出，絕大多數時間內的供氣容量在5~10m3/min之間。在6時和10~13時之間，出現20 m3/min的峰值。在極短時間內還出現了28 m3/min的極大峰值。為了弄清楚最大峰值和實際狀況，又專門對5時40分~6時30分這段時間，用更短時間為單位繪制出與工作壓力相對應的壓縮空氣消耗圖。由圖中可以看出，在這段時間之內消耗量的變化最大。不斷在0~28 m3/min之間變化。這種現象是由沖洗過程引發的。而這一時間段中的“正常”峰值則為16 m3/min。

經過上述調查掌握了壓縮空氣需求量的變化規律后，確認該站可以全部采用固定轉速螺桿式壓縮機，這樣就節省了大量初期投資。具體配置是6bar網絡設置是三臺壓縮機。其中兩臺壓縮機的容量為9.30m3/min，電動機消耗功率為55kW。另一臺的容量為5.05m3/min，功率為30kW。13bar網絡也設置了三臺壓縮機。其中一臺的容量為6.70m3/min，功率為5.5 kW。另一臺的容量為5.55 m3/min，功率為45 kW。還有一臺的容量為2.66 m3/min，功率為22 kW。所有壓縮機提供壓縮空氣的品質均為ISO標準的4級，即含油量不超過0.01mg/ m3。

在一般狀況下按照設備能力產生壓力6和13bar壓縮空氣，完全可以滿足使用要求，并有一定的余量。為了進一步保證安全，在13bar網絡的支管中設置了一臺減壓器通向6bar網絡。萬一6bar網絡的需求量突然增大而供應不足時，13bar網絡就可以為其提供一定量的壓縮空氣。由于改建后的壓縮空氣供應站能確實按照需求量供應壓縮空氣，即減少了在保證安全前提下的壓縮空氣，最終使能耗降低了40%。除了以上各種措施外，還對兩個網絡的功率分級采取了以下措施：

· 兩個不同壓力系統都實施優化和全自動控制運作。以最經濟和最可靠為前提，控制壓縮機的功率消耗。對每一臺壓縮機或每一臺壓縮機組，實施無延時的自動加強或減弱控制。因為這樣可始終按照需求量供應壓縮空氣，從而具有良好的經濟效益。

· 當最大功率壓縮機停止運轉時，在每一種壓力范圍內其他壓縮機仍能正常運轉，并按照需求量供應壓縮空氣。

上述嚴格按照需求量供應壓縮空氣的技術，可以保證在任何條件下對網絡100%地供應壓縮空氣。所使用的壓縮機能具有上述優良性能，主要是采用了高級壓縮級、運轉性能很好的電動機和高性能電子零部件。其中反應靈敏的電子裝置，可以及時對系統實施載入和空轉的調整。最后通過智慧化的優化和全自動控制，使壓縮空氣供應站能以最經濟的方式運轉。

另一種有效的運轉方法是由一臺旋轉式壓縮機產生6bar網絡中基本負荷所需要的壓縮空氣。這樣就有利于延長螺桿式壓縮機的使用壽命。但因為這種方法需要增加初期投資，所以對投資和延長使用壽命之間的得失進行核算以后才能做出決斷。

在每一種壓力壓縮空氣的系統中，都設置了露點為+3℃和殘留水量為6g/ m3的冷干燥器。因為這種用于對壓縮空氣進行干燥的設備具有很大的備用能力，所以即使遇到需求量峰值時也可以保證很安全的運轉。所設置的篩檢程式也具有同樣的優良性能，所以在經過過濾壓縮空氣中，殘留的油分子極少。

經過改建后的壓縮空氣供應站，是設置在位于衛生用品生產廠附近的新建筑物中。在建筑物內用隔墻形成了幾個工作室。外墻面上覆蓋了可以進入空氣和廢氣的裝飾材料。市內的最佳溫度是保證通向外部的進氣管，能夠對六臺壓縮機滿意的送入空氣。由兩臺排風機將廢氣通過已有管道排向室外，并由專門的輻射溫度裝置對這兩中廢氣進行處理。如果能充分發揮余熱的作用，還可進一步提高經濟效益。從而基本上達到無損耗運作的狀態。

通常在壓縮機消耗的電能中，有95%用于產生壓縮空氣，其余是被發熱所消耗。六臺壓縮機所產生的發熱可以通過油循環平板式熱交換器，將槽中的水加熱到40～45℃。為了利用發熱提高經濟效益，在改建的壓縮空氣供應站中還設置了油—水分離裝置去除水中的冷凝物。

現在還可以對整個站的運作實施遠距離無線控制，既可以對站中的壓縮機、干燥器和高精度篩檢程式等所有設備，實施參數的連續優化控制。所設置的管理裝置，可以通過電郵、傳真或移動電話等及時傳送各種資料。其中包括壓縮機停止運轉、壓縮空氣有缺陷和露點等資訊。一旦發現傳送資料偏離規定值，即可采取相應措施加以糾正。當發生嚴重事故時也可獲得相應資訊，以便立即采取防止事故進一步惡化的緊急措施。

經改建后的壓縮空氣供應站，相對于改建前可節省能耗40%。今后還將進一步提高到60%的水準。因工作人員的數量也可以相應減少，所以可進一步降低運轉成本。另一方面是因為發生事故的可能性也相應減少，從而可以減少停機損失和排除故障的費用。

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