【壓縮機網】模塑和吹塑塑料應用

 

　　該工廠每周5天，三班制地生產模制和吹塑塑料部件。生產和維護有時會在周末進行，需要空氣壓縮機以24×7的頻率運行，因此通常的做法是使壓縮空氣系統始終處于加壓狀態。該系統由三臺定頻螺桿壓縮機組成，一臺功率為150匹，其它兩臺為125匹，每臺均由自身壓縮機控制器控制。該系統還配備了冷凍式空氣干燥機。流量曲線基本穩定，但偶爾也會因生產負荷起伏而變化很大。

 

　　壓縮空氣系統的初步評估

 

　　應當地能源公司要求，該企業對系統進行了節能評估，用數據記錄儀測試689.5KPa的系統，顯示由于壓縮機的進氣調節，導致該壓縮空氣系統運行效率低下。在進氣調節控制中，進氣閥控制壓縮機的進氣，從而響應系統壓力變化而調節壓縮機的供氣量。如圖1所示，隨著系統壓力的升高時，壓縮機進氣閥開度減小，使壓縮機的電流也隨之減少,但其它幾臺125匹功率的壓縮機的電流則隨系統壓力升高而升高，在壓力降低時降低。這說明功率小的這幾臺壓縮機沒有調節，而處于最大容量，進氣閥處于完全打開狀態。

 

 

　　在圖表的中心，對應于一個周末，隨著壓力的升高，125匹壓縮機的電流開始下降。這是進氣閥在低負載下關閉的信號，也是最壞的情況，兩個調節壓縮機分擔負載。圖2是這種類型壓縮機的進氣閥處于完全關閉位置的照片。

 

　　此外，現場發現，第三臺壓縮機的電流要低得多。該壓縮機在配置文件的前三分之一處空載運行，并且已部分手動關閉，可以看到即使電動機未運行，該裝置仍在消耗電流。這是由于安裝的功率因數校正電容器在通電時消耗電流（而不是功率）。

 

　　像這樣的配置在基于電流（當時未安裝流量計）估算流量方面存在著問題，因為電流的降低可能意味著兩種不同的情況，即壓降時滿負荷或調節壓縮機在部分載荷下運行。在這種情況下，必須謹慎模擬流量曲線，以便可以準確計算估計的節省量。
 

 

　　系統評估員發現，每年的能耗為274萬千瓦時，按每千瓦時10美分的成本，每年相當于267,000美元，同時產量約38.92m³/min。該能耗約占設施總電力消耗的10％。計算得出的系統比功率為8.036kW/m³·min-1，該數值與相同大小的空氣壓縮系統處于同等量級。

 

　　該能源公司計算出，通過對工廠采取各種節能措施，可以節省約35％的成本，而且節省的成本可以用來承擔實行這些節能措施的費用。
 

 

　　變頻壓縮機的集中控制

 

　　能源公司的第一個建議是控制壓縮機。調節是在部分負載下運行壓縮機的最差方法之一，而改善措施包括三項保護措施。首先是將一臺較舊的壓縮機升級為效率更高的兩級變頻壓縮機。這有可能更新空氣壓縮生產系統，提供更高的效率，并提供出色的部分負荷調節能力以適應變工況。能源公司建議使用壓縮機變頻器，以對其余的基本壓縮機（包括其余的150匹和125匹）進行良好的控制。同時，增加了一個大型儲罐，其大小為7.57m³，使得控制壓縮機變得更容易。

 

　　所選的控制器具有節能模式，能夠根據系統負載選擇合適尺寸的壓縮機運行，變頻壓縮機在部分負載的時候，控制器始終會保持這種能效模式。控制器監測空氣干燥器出口的壓力，并控制由干燥器和過濾器壓差引起的典型壓降。控制器以這種方式連接到主控壓縮機，以便在設備運行時強制它們達到滿負荷。相反，如果不需要壓縮機，則設備將通過其自身的自動啟動控件卸載并關閉壓縮機。實際加載驗證顯示該控制方法非常有效，主控壓縮機在整個最終配置中的空載運行時間僅為1％。

 

　　應對空氣壓縮干燥器和過濾器的人工需求

 

　　能源公司建議對系統進行其它更改。空氣干燥器為非循環裝置，始終消耗約8kW的電量，即使關閉相關的空氣壓縮機，這也幾乎是滿額定功率。能源公司建議購買一臺新的熱質干燥器，該干燥器的尺寸適用于所有壓縮機，以與壓縮空氣生產中的濕氣負荷成比例地降低功率。圖4顯示了其控制跟蹤節能情況。與類似規模的非循環設備相比，總體節省了78％。

 

　　通過安裝平均壓降約為3.45KPa的除霧式主過濾器可解決通常20.69～34.48KPa的過濾器壓力損失。在過濾器，干燥機和壓縮機上安裝了無空氣的排水口，以減少壓縮空氣的損失。

 

　　生產負荷與壓力相關，因此工廠壓力越高，機器所需的空氣就越多（稱為人工需求）。該能源公司建議安裝流量控制器（圖5），以將設備壓力調節至較低水平，同時保持壓縮機壓力稍高一些。這樣可以對壓縮機進行良好的控制，同時也不會影響工廠的生產水平。

 

　　能源審計節省結果

 

　　改造完成安裝后，能源公司返回并查看數據記錄。記錄表明該系統的能耗約1242200kWh，同時產生約29.4m³/min的壓縮空氣。這樣可以節省55％的能源，與預測值有很大不同，最大的變化是該工廠在周末關閉系統以節省能源。系統運行時的比功率現在為6.6kW/m³·min-1，這意味著壓縮空氣生產能耗可節省約18％。節省的其余部分歸因于壓縮空氣流量的減少和運行時間的減少。在這種情況下，能源公司獎勵其超過100,000美元，并將新設備的簡單投資回收率降低到3年以下的可接受水平。
 

 

　　后續的壓縮空氣數據記錄發現問題

 

　　數年后，能源公司批準了壓縮空氣供應商的另一次數據記錄，以檢查原始驗證中的節能是否還在持續。評估發現，大多數壓縮空氣生產設備運行正常，但不幸的是，壓縮機控制器出現故障，而工廠操作人員卻不知道。這就說明，即使有可用的高效兩級壓縮機，壓縮機控制器維護不當，也會導致其中一臺壓縮機在周末繼續運行，該工廠無法監控壓縮空氣系統的效率，因此能源效率不經意間下降了。工廠與能源公司討論后意識到了這一點，并糾正了情況。
 

 

　　結論

 

　　該項目表明，不僅可以更換壓縮機，而且可以通過使用智能控制器和增加存儲容量來校正控制，從而可以節省大量成本。另外，高效的空氣干燥器和流量控制可以帶來更多的節省，而且僅在非生產時間內關閉壓縮機這一項措施就可以節省大量資金。但需要注意的是，盡管工廠已經進行了良好的控制，但數據記錄表明，如果不監視系統效率，則隨著時間的推移，系統的運行效率可能會降低或者失效，這需要企業特別注意。
 

 

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