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空压机节能透明化 |
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newmaker |
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今天，几乎所有的生产过程都离不开作为能源载体的压缩空气。根据热动力学的基本定律，压缩空气系统的能源利用率问题在节能方面有着非常重要的意义。利用Data-Logger检测系统可以清楚测定空压机的实际工作状况。随后的数据分析和模拟，则使系统的节能潜力变得一目了然。
几乎没有一个压缩机用户了解：空压机站运行费用的87％都是电力费用。事实上，如此高的能源费用比例并不是必需的。通过对欧洲压缩空气系统的技术数据分析得出的结论是：
欧洲的压缩空气供应系统最多可平均节能35％。在某些特殊情况下，这一节能潜力还可以更大。德国使用的所有压缩空气系统每年消耗的电力约为140亿 kWh。基于这一数字，35％的平均节能效率相当于49亿 kWh。但如何才能实现35%的节能呢？
对于很多企业来讲，空压机站就像一个“黑匣子”，很难清楚地了解其工作状况。利用Data-Logger系统可以对空压机站的实际工作情况进行测定，而随后的数据分析和模拟计算则使得空压机站的节能潜力一目了然
能源费用比例大
越来越高的能源费用和越来越艰苦的全球化竞争，迫使每一个企业在利用电能供应压缩空气时都尽可能的节约。若考虑一下能源费用、初期投资和维护保养费用在空压机站总的生命周期费用中所占的比例，就能得出下面的结论：不管一个空压机站每年工作2000 h还是7500 h，在压缩空气供应系统的运行费用中占较大比例的都是电力费用。对于一个每年工作7500 h的空压机站，支付的电费占整个运行费用的87％（表1）。表中数据是根据电费0.06 欧元/kWh、投资回收期5年和利率8％计算的。
数据采集是系统优化的基础
系统优化的前提是采集当前系统所有的实际工作数据。只有在这一基础之上，才能进行下一步的优化措施。然而不论是空压机站的操作人员还是设计者都不能了解用户企业当前的压缩空气需求和空压机的实际负载。对于空压机站的操作者来讲，最重要的是以下几个问题：一周内压缩空气的消耗量；每天不同时间段内的压缩空气消耗量；各个班次中的压缩空气消耗和压缩机负荷如何，周末时又如何；需要的压缩空气压力；压缩空气的泄漏量等。
空压机站工作时的边界条件有着决定性作用，在企业的高效生产中是不可忽视的。
Almig公司研发生产的EBS压缩空气设备能源计算系统能够帮助用户回答上述问题，并为系统优化提供服务。在对压缩空气系统进行优化时，其采用了检测、分析和模拟三个步骤，最终得出用户的压缩空气系统如何才能在高能效的情况下运行，来对付耗电量极大的“电老虎”（图1）。
EBS系统可以在计算机辅助支持的Data-Logger检测系统中运行。其利用对电流的检测确定压缩空气网络中各个空压机的耗电量，从而计算出它们的负荷。与压缩空气网络系统的连接也非常简单方便：只需将安培钳放置在压缩机的电缆上，钳形电流表即可与检测系统连接。利用检测得到的数据和已知的各个压缩机的额定供气量，不仅可以推算出各空压机产出的压缩空气量，也可以估算出整个压缩空气系统的压缩空气量（图2）。这一供气量是数学计算的结果，可以用下面的关系式来表示：供气量＝压缩机的负载时间（min）× 单机供气量(m3/min)。
平行于压缩机耗电量曲线，也必须绘制出工作压力随时间变化的曲线。为此，需要一个向EBS系统传递信息的压力传感器，将其接入压缩空气网络中合适的接点处。该压力传感器可通过气动压力容器或管道网络中的快速接头来连接。
汇总周末压缩空气消耗数据
为了尽可能准确的采集到企业压缩空气的工作压力和流量数据，考查的时间至少应为7天。只有这样才能了解所有压缩空气在使用过程中的真实情况（例如不同班次的不同需求以及周末的需求等等）。测试节拍，从采集数据到保存所有检测数据之间的时间间隔，都对检测质量有着重要影响。这一时间间隔应尽可能短，因为数据间隔越短，对压缩机真实的控制和调节过程的认识也就越充分，数据表达的信息越准确。在实践中使用的时间间隔数值为2 s。数据采集工作结束后，将在评判分析软件的帮助下进行分析。
由压缩空气设备能源计算系统提供的分析结果有着多方面的应用，能够准确给出空压机站实际状况的全貌以及检测时间段内的能源需求情况。
实际状态的分析令压缩空气生产费用变得非常透明，其能清楚的表示出使用者每年在压缩空气生产中所要支付的能源费用。
为了明确表示检测分析结果，系统可以以表格和图形的形式显示很多数据信息，如所有压缩机和各个压缩机一天和一周的流量数据；总的流量累积数据；压缩机每天和每周的工作压力数据；总的压力累积数据；压缩机负载运行时间和空载运行时间；负载运行时间和空载运行时间之比；负载变化时间间隔；压缩机电机启动间隔；与生产时间和压缩机工作时间相比较的泄漏率；按照负载运行和空载运行分摊到各个压缩机的能源消耗和电力消耗等。
缩短压缩机的空载运行时间
完成了对压缩空气供应系统各个空压机的检测之后，就可以开始对空压机站的工作情况和压缩空气的应用情况进行分析和优化。通过分析，可以知道现有系统的节能潜力，来制定压缩空气供应系统节能优化的措施。在这一阶段中最重要的是所制定的措施与实际要求是否相适应。只有系统中空压机负载运行时间最长，或者说空载运行时间尽可能短的情况下才能实现系统的节能优化。另外，就是要尽可能的减少压缩空气的泄漏，降低压缩空气的工作压力。因为降低0.1 MPa的压力相当于节能6％～8％。通过采取措施可实现负载运行时间尽可能长、空载运行时间尽可能短并在最低压力水平上恒定的压力，即实现最佳的空压机站配置。
首先是使用转速可调的空气压缩机，并结合使用负载－空载运行方式的空压机。这种空压机配置方式的优点是空压机站中基本负载的压缩机覆盖了基本压力需求的范围，不会使空压机站在不经济的工作范围内工作。若系统要求的压缩空气量超过了基本负载需求，出现了压缩空气需求峰值时，可由转速可调的压缩机覆盖此区域。利用这一解决方案，能够使压缩空气系统提供的压缩空气量准确的符合当前的实际需要，避免了高能耗的空载运行、费用昂贵的卸荷时间和卸荷过程中压缩空气的损失，从而能够实现很高的节能，也消除了压缩空气系统启动时的峰值负载，压力范围得到了优化，实现了恒定的工作压力。
其次是采用由上一级控制的、与能耗有关的多压缩机能耗控制配置方式。在这种配置方式中，大流量的压缩空气更多的是由多个负载－空载调节的压缩机来产生的。此时，智能化的能耗控制系统控制空压机按所需压缩空气的多少开启和停止，按照节能原则调节所有空压机的压力范围。
常规的Data-Logger系统
目前，市场上所有的Data-Logger系统都达到了其应用极限：因为其只能进行检测和测量，没有做到优化压缩空气供应系统和实现节能的目的。而且其也不能解决优化压缩空气供应系统所面对的问题，包括空压机的哪种配置方式能够实现多大的节能潜力；在空压机站中使用一台或多台转速可调的空压机时节能状况会有何不同；当空压机站中使用不同规格的固定转速压缩机时会有什么表现（多机配置方案）；采用上一级控制的、根据能耗调节的控制系统会带来什么结果；基本负载－可变负载控制会带来什么结果；较大功率的系统有什么样的优点；较大的压力容器能带来什么结果；用户能否把压缩空气供应系统的压力降低等。
另外，即使空压机站依据Data-Logger系统采取了不同的优化措施，也总会带来种种遗憾。现在这些遗憾都可以利用EBS压缩空气设备能源计算系统来解决了。其能够非常细致的按照空压机站的各种特性数据对不同的解决方案进行计算机模拟。模拟计算时最重要的评判标准是：在新的空压机配置方案中，哪种压缩空气总体系统方案所要支付的能源费用的多少。
对空压机站进行详细的性能计算和模拟
根据未来可能的能源费用给出节能潜力的大小和投资费用的相互对比，可以计算出投资－利用率的比值以及资本收益率（投资回收期）。表2显示的就是基于已经检测到的数据模拟的情况（表2给出的数据是源于实践的一个实例）。表中最右侧一列表示的是一年内的能源费用预测数据，从中可知该厂一年耗费在空压机站中的费用为171 103欧元。
经过对不同特性参数和空压机站工作数据的准确分析后，制定一个可行的节能优化方案。参见表3，在这一节能优化方案中，1号空压机采用了一台转速可调的空压机，其调节功能具有最高的优先级。这一新的空气压缩机配置方案经过可模拟软件的模拟检验。模拟分析后的数据使新的压缩机配置方案带来的变化变得非常明了。
通过评判分析得到最佳方案
此解决方案的效果参见表4。表中一年预计的数据表明：压缩空气供应系统的新方案每年的能源费用为159670欧元，与优化前的171103欧元相比，用户通过采用Almig公司转速可调的螺杆式空气压缩机优化方案每年可以节约能源费用11433欧元。
利用这种前后费用对比的方式可以在投资前就测定出未来的能源费用。在此基础上，用户可以迅速得出有说服力的投资回收期预测。
压缩空气供应系统的能耗检测和模拟分析的效果非常明显：压缩空气供应系统的工作情况更加透明，弥补了压缩空气供应系统中的缺陷和不足。因此可以说，压缩空气供应系统的节能优化只能在对获得的前期数据分析的前提下、对未来空压机配置或压缩空气供应系统总体方案模拟的基础上才能实现。因为已知总是要好于猜测。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/11/2009) |
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