空压机上的节能改造方案

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来源：大连普传科技有限公司深圳分公司

" \$ j8 c  q0 k0 ?2 i% ^空压机应用概述
空气压缩机是一种利用电动机将气体在压缩腔内进行压缩并使压缩的气体具有一定压力的设备。它的用途广泛，可以用于冶金、机械制造、矿山、电力、纺织、石油化工等各个行业。空压机占大型工业设备(风机、水泵、锅炉、空压机等)耗电量的15%。经考察，大部分空压机自身存在着以下几个缺点:
(1)当输出压力大于一定值时，自动打开泄载阀，使异步电动机空转，严重浪费能源；
(2)异步电动机易频繁的启动、停止，影响电机的使用寿命；
9 _8 ~) t1 h! f(3)自动化程度低，输出压力的调节是靠人为调节阀的开度来实现的，调节速度慢，波动大，不稳定，精度低；   
) m2 x2 O# p* j/ O' j, h(4)空压机工频启动电流大，对电网冲击大，电机轴承磨损大，设备维护量大。
5 X" F0 T) G1 R3 d! u( f传统空压机供气系统电能浪费分析
传统空压机供气系统的工作状态主要有两种：一种是加载状态，另一种是空载状态。
" I6 j# B' P/ Z　　(1)加载时的电能消耗
　　加载状态是，在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，高于压力最大值的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压，这一过程同样是一个耗能过程。
　　(2)卸载时电能的消耗
; R. y- d; K+ Z. N0 X　　空载状态时，当压力达到压力最大值时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%,这还是在卸载时间所占比例不大的情况下。换而言之，该空压机20%左右的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。
　　传统空压机供气系统的压力控制是上下限控制，首先根据生产设备的最低压力要求，设定空压机输出压力的下限，也就是空压机开始加载的压力；再在最低压力上加1帕左右，作为空压机输出压力的上限，即开始卸载的压力。空压机的输出工作压力将在上下限之间波动。空压机的功率消耗和输出压力成正比。输出的压力越高消耗的功率也越大，从输出压力的下限到上限的1帕的压差将多消耗总功率的7-10%。
" A6 X% o9 n5 x　　在传统供气空压机系统中，如果有多台空压机同时运行，每台空压机的输出压力都将随着管网的压力波动而在上下限之间波动，所以每台机都多消耗7-10%的额定功率。
4 s; U" c* E7 n$ E8 A　　传统空压机供气系统中运行参数的设定不同也会造成空压机用电量的不同，必须根据用气工况进行设定，才能达到最经济的运行效果。
4 D6 r: F  O9 s8 z9 L　　传统空压机供气系统由于电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，浪费电能。经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。 空压机的工作原理
* R6 ~1 X! P- F   螺杆式空压机的工作原理图如图1所示，空气经空气过滤器和吸气调节阀而吸入，该调节阀主要用于调节气缸、转子及滑片形成的压缩腔，阴、阳转子旋转相对于气缸里偏心方式运转。滑片安装在转子的槽中，并通过离心力将滑片推至气缸壁，高效的注油系统能够确保压缩机良好的冷却及润滑油的最小舒适耗量，在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜可以防止金属部件之间直接接触而造成磨损。经压缩后的空气温度较高，其中混有一定的油气，经过油气分离器进行分离之后，油气经过油冷却器冷却再经过油过滤器流回储油罐，空气经过气冷却器(空气冷却装置)进行冷却而进入储气罐。
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0 i2 B  n$ h: c1 h空压机改造原理
（1）出气口释放阀全部关闭，取消用出气口释放阀调节供气量方式，以避免由此导致的电能浪费。代之以变频器调整电机的转速来调整气体流量，使电机输出的功率与流量需求基本上成正比关系，始终使电机高效率工作，以达到明显的节电效果。例如当用气量是额定供气量的50%时，节电率可达40%以上；
（2）利用变频器的节能模式，可使电机在轻载时以最高效率运行，减少不必要的电能损耗；
（3）根据严格的EMS标准，高效的PWM变频器使用高速低耗的IGBT，降低谐波失真和电机的电能损失。
（4）可使电机起动、加载时的电流平缓上升，没有任何冲击；可使电机实现软停，避免反生电流造成的危害，有利于延长设备的使用寿命；避免因电流峰值带来的电力公司的罚款；
（5）采用变频控制系统后，可以实时监测供气管路中气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持恒定，提高生产效率和产品质量；
（6）由于电机在高效率状态下运行，功率因数较高，降低了无功损耗，节约了大量电能。
* v+ b% [+ b4 N6 y（7）保存原释放阀系统，在必要时可参加调节，增强系统的可靠性。
　　总之，采用恒压供气智能控制系统后，不但可节约30～40%的电力费用，延长压缩机的使用寿命，并可实现恒压供气的目的，提高生产效率和产品质量
2 h* c# w  U9 q  W: [变频改造方案设计原则  
原供气系统介绍
4 P3 t8 |/ R; @: u5 f$ s某炼油厂聚丙烯供气系统共有四台37kW空压机，如下图二，是原聚丙烯空压机供气系统工作流程图，采用三台空压机工频供电运行，另一台空压机作备用。
　　存在问题是由于工作空压机是用工频供电运行，始终处于满负荷运行，赶产量用气高峰时有气压偏低现象；用气低谷时，特别是节假日休息时，供气压量特别大（该炼油厂聚丙烯供气系统24小时运行）。容易损坏排气阀门或气管爆裂，同时浪费了电能，降低了设备使用寿命。希望恒压供气，三台聚丙烯空压机均衡工作运行。

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