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空壓機節(jié)能及運行維護對策探析

  【壓縮機網(wǎng)引言

  目前,在我國工業(yè)生產(chǎn)過程中空氣壓縮機(以下簡稱空壓機)受到廣泛應(yīng)用,成為重要的設(shè)備和設(shè)施。但是空壓機在應(yīng)用過程中存在能源消耗過大、噪聲污染問題嚴重、不符合節(jié)能環(huán)保的要求等問題,因此,在空壓機應(yīng)用期間需進行節(jié)能控制。同時,為提升空壓機運行的穩(wěn)定性和可靠性,延長設(shè)備的使用壽命,相關(guān)部門需要制定完善的設(shè)備運行維護方案和體系,通過有效的運維措施,提升空壓機的應(yīng)用水平。

  1、空壓機的問題

  某企業(yè)共有4臺螺桿式空壓機,其中2臺排氣量為20m3/min,另外2臺排氣量為10m3/min。螺桿式空壓機的運行原理是:平行的嚙合陰陽轉(zhuǎn)子在汽缸中轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)子齒槽間隙的空氣產(chǎn)生周期性容積變化,沿著轉(zhuǎn)子軸線從吸入一側(cè)傳輸?shù)捷敵龅囊粋?cè),從而完成吸氣、壓縮和排氣整個過程。排氣量為20m3/min的螺桿式空壓機設(shè)備,主電動機的額定功率是132kW;排氣量為10m3/min的螺桿式空壓機設(shè)備,主電動機的額定功率是75kW。螺桿式空壓機主要通過△-Y的方式減壓啟動,主要操作流程為:將啟動按鈕按下之后,控制系統(tǒng)和啟動器的線圈相互接頭,將斷油門打開,在空載的狀態(tài)下啟動設(shè)備,此期間進氣處于關(guān)閉狀態(tài)。系統(tǒng)油溫沒有達到50℃的情況下,油冷卻器將部分潤滑油輸入到壓縮機設(shè)備,加快油溫升高的速度;在油溫符合標準的情況下,將加載閥門打開,設(shè)備處于加載運行的狀態(tài),系統(tǒng)壓力不斷提升。若在系統(tǒng)運行的過程中,壓力升高到開關(guān)的上限指標,控制器控制進氣閥關(guān)閉、油氣分離器設(shè)備放氣,壓縮機處于空載狀態(tài);直到壓力指標降低到開關(guān)的下限指標后,將進氣閥門開啟、油氣分離器的放氣閥門閉合,壓縮機設(shè)備開啟,且壓縮機設(shè)備再次處于加載狀態(tài)。

  壓縮機運行過程中,出現(xiàn)的問題主要為:

  (1)雖然主電動機采用的是△-Y減壓啟動方式,但是在啟動的過程中,電流較高,不僅會導致電網(wǎng)的穩(wěn)定性降低,還會使其他類型的用電設(shè)備安全性受到危害;

  (2)空壓機經(jīng)常處于空載狀態(tài),可能會出現(xiàn)嚴重的電力能源浪費問題;

  (3)設(shè)備工頻運行會導致噪聲過大,出現(xiàn)噪聲污染的現(xiàn)象;

  (4)設(shè)備工頻啟動階段,對設(shè)備的沖擊力很大,電磁閥部件的動作頻率過高,會使維修費用增加。

  2、空壓機的節(jié)能措施

  為有效解決企業(yè)空壓機能源浪費的問題,應(yīng)制定完善的空壓機節(jié)能控制方案和計劃,如圖1所示。

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  2.1節(jié)約能源

  企業(yè)的用氣負荷波動幅度過高,因此,空壓機設(shè)備的變頻節(jié)能改造具有一定的潛力。變頻控制技術(shù)和原本的工頻控制技術(shù)相比,節(jié)約能源的作用非常突出。因此,企業(yè)可按照各類用氣設(shè)備的需求情況,采用變頻控制技術(shù)完成空壓機的輸出控制,從而達到節(jié)約能源的目的。如圖2所示,首先,空壓機處于加載運行狀態(tài)時,采用變頻控制技術(shù),供氣量發(fā)生改變,電動機的節(jié)能效果提升。其次,在用氣設(shè)備或系統(tǒng)用氣量很小的情況下,采用變頻控制技術(shù),能夠使空壓機設(shè)備卸載運行,減少電力能源消耗。最后,在空壓機設(shè)備長時間空載的情況下,采用變頻控制技術(shù),使電動機能源消耗量降低,例如:排氣量為20m3/min的空壓機,空載狀態(tài)下利用變頻控制技術(shù)進行控制,功率消耗在30kW內(nèi)。

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  由空壓機設(shè)備生產(chǎn)廠家所提供的變頻器試驗分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),在空壓機設(shè)備加載期間應(yīng)用變頻器,能夠使平均的功率消耗量降至80kW左右。根據(jù)2022年的相關(guān)數(shù)據(jù),設(shè)備每年的運行時間是8000h以上,加載比率為45%,工頻加載過程中,功率為113kW。和工頻控制技術(shù)相比,變頻控制技術(shù)的應(yīng)用,能夠使空壓機加載過程中的耗電量降低118800kW·h,電力資源費用減少7萬元以上。空壓機空載運行過程中,每年節(jié)電量能夠達到88000kW·h,空載過程中節(jié)約的電力費用金額超過5萬元。從整體層面而言,空壓機采用變頻控制技術(shù),每年可以節(jié)約大量電力能源、降低電力費用,所以此次研究采用變頻技術(shù)節(jié)能控制方式是可行的。

  2.2壓力控制

  在采用變頻技術(shù)進行空壓機控制的過程中,需要精準完成設(shè)備的壓力控制。變頻控制系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)備和系統(tǒng)的用氣需求,準確進行輸出氣量的調(diào)控;同時還能對主電動機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)整,使其能夠處于壓力穩(wěn)定的狀態(tài),避免因為設(shè)備壓力的變化幅度過大對設(shè)備的安全可靠運行造成不利影響。

  2.3噪聲控制

  如果空壓機的排氣量降低,電動機運行速度減緩,噪聲問題的發(fā)生概率就能明顯降低。所以可采用變頻調(diào)控技術(shù),降低空壓機的排氣量,減小電動機的運行速度,預(yù)防出現(xiàn)噪聲污染。

  2.4設(shè)備改造

  企業(yè)空壓機存在節(jié)能環(huán)保問題,因此需要進行設(shè)備改造,明確改造要求,制定完善的改造方案。

  2.4.1明確具體改造要求

  為確保設(shè)備良好穩(wěn)定運行,需要明確設(shè)備的具體改造要求。如圖3所示,首先,電動機變頻控制需要確保儲氣罐的出口壓力處于非常穩(wěn)定的狀態(tài),波動幅度控制在0.1MPa內(nèi);其次,為確保設(shè)備運行的穩(wěn)定性,采用變頻和工頻的雙重控制模式;最后,在采用變頻控制技術(shù)的過程中,構(gòu)建閉環(huán)控制模式。另外,為提升設(shè)備的穩(wěn)定性,1臺排氣量為20m3/min的螺桿式空壓機,采用變頻控制技術(shù),2臺空壓機之間需要完成變頻切換。同時按照空壓機的轉(zhuǎn)矩特點,合理采用恒轉(zhuǎn)矩的變頻器[1]

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  2.4.2制定設(shè)備改造方案

  按照具體的設(shè)備改造要求,選擇通用類型的變頻控制系統(tǒng),為排氣量為20m3/min的2臺螺桿式空壓機配置切換裝置,1臺設(shè)備為變頻控制,1臺設(shè)備為工頻控制。控制回路如圖4所示,主要是利用原本空壓機系統(tǒng)內(nèi)的西門子PLC控制系統(tǒng),在壓縮空氣總管上設(shè)置壓力變送器,輸出壓力信號。反饋到變送器的壓力值,和壓力設(shè)定值進行對比,利用PID進行運算,并將控制信號發(fā)送到變頻器的驅(qū)動回路,對電動機的轉(zhuǎn)速和空壓機的加載、卸載進行控制,最終實現(xiàn)恒壓供氣的目標。該設(shè)備改造方案應(yīng)用幾個月后,多次進行參數(shù)修改,最終的控制效果良好。持續(xù)統(tǒng)計空壓機180天的電力消耗數(shù)據(jù)信息,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用設(shè)備改造方案后,節(jié)電率能夠達到30%以上,每年電費節(jié)約量能夠達到18萬元以上。

  3、空壓機的運行維護措施

  3.1重視設(shè)備檢查

  空壓機運行前,需做好相應(yīng)的檢查工作,通過有效的檢查方式,快速準確識別空壓機的問題,確保空壓機在良好的狀態(tài)下運行[2]。檢查工作如下:

  (1)空壓機開機前,應(yīng)開展盤車檢查工作,沒有撞擊聲音;氣罐壓力提升到限值時將排氣閥打開,沒有異常聲音;壓縮機的旋轉(zhuǎn)方向符合要求,即可將設(shè)備啟動。

  (2)觀看曲軸箱油位是否符合標準,每天安排專業(yè)的人員檢查油位。設(shè)備運行最初階段,每50h完成一次換油工作,之后延長換油的時間,每次換油前都必須清理干凈曲軸箱,并采用專業(yè)的機油。

  (3)空壓機運行3h后,打開水油分離器和冷卻器的放水閥,將水分和油排出;夏季每七天排放一次儲氣罐冷凝水,冬季每兩天排放一次儲氣罐冷凝水。

  (4)檢查空壓機的清潔性,定期開展清潔工作,如果沒有空氣過濾器,不可啟動設(shè)備。

  (5)檢查安全閥的壓力值是否超出最高的標準值。同時,檢查電動機和控制設(shè)備的運行情況,將排氣閥門打開,進行閥門通暢性檢查。

  除此之外需要注意,在檢查工作中,如果發(fā)現(xiàn)潤滑油中斷,排氣壓力突然升高、安全閥失靈,或者電動機運行有異常聲音,都必須立即停止空壓機的運行,深入進行檢查和分析,避免出現(xiàn)故障[3]。同時,還需注意全面檢查潤滑油的油量和壓力情況,壓力必須在0.95MPa以上,油量符合標準規(guī)范;對排氣溫度和壓力進行檢查分析,一旦排氣壓力比額定壓力值高,就要進行壓力調(diào)節(jié)閥的檢查,明確是否在正常的應(yīng)用狀態(tài)。

  3.2完善運維模式

  企業(yè)在空壓機維護工作中,需制定完善的維護方案和計劃。對于壓油槽充氣與機組制動、檢修用氣,應(yīng)該準確進行空壓機與有關(guān)設(shè)備的維護,確保設(shè)備運行良好。對于壓油槽充氣,將壓力油罐中的氣體體積控制在油罐體積的2/3左右,按照油面的特點進行充氣量控制。對于制動用氣,空壓機需要處于正常狀態(tài);如果空壓機轉(zhuǎn)速降至35%,需要將進水閘關(guān)閉并加閘制動。對于檢修用氣,應(yīng)該先使用軟管對其進行連接,然后才能將閥門開啟。

  另外,在空壓機運行維護過程中需及時發(fā)現(xiàn)故障問題,及時進行維修處理。空壓機的電動機出現(xiàn)冷卻風翼斷裂故障時,需要準確分析此類故障的發(fā)生原因。采用變頻器進行空壓機控制,可能會導致金屬材質(zhì)的冷卻風翼折斷,因此,可利用獨立冷卻的方式,設(shè)置風扇冷卻電動機。雖然這種方式會導致耗電功率增加0.55kW,但是取消電動機冷卻風翼,能夠降低電動機負載,從長遠的角度而言,還可從根本上解決冷卻風翼經(jīng)常斷裂的問題,因此此方式可行。空壓機出現(xiàn)油路系統(tǒng)積碳時間過早的故障時,應(yīng)綜合分析油積碳的成分,采用空壓機生產(chǎn)廠家推薦的積碳清洗劑材料進行清洗。清洗過程為,將冷卻盤管拆除,使用積碳清洗劑浸泡2h,通過清洗液進行沖洗,利用壓縮空氣吹干。清洗后所排出的清洗液顏色是黑褐色,經(jīng)過多次清洗之后,清洗液顏色澄清,可將冷卻盤管安裝在原本的位置,確保冷卻盤管的維護效果[4]。

  3.3培養(yǎng)運維人才

  從本質(zhì)層面而言,空壓機運行維護需要專業(yè)的工作人員,如果維護人員缺乏專業(yè)能力和素養(yǎng),將會影響整體的運維工作效果。因此,企業(yè)需要培養(yǎng)優(yōu)秀、專業(yè)的技能人才。首先,對設(shè)備運維人員進行專業(yè)知識和技術(shù)技能的培訓,使所有運維人員掌握空壓機的運行原理和維護措施,采用現(xiàn)代化的技術(shù)開展維護工作,預(yù)防空壓機出現(xiàn)故障。其次,邀請行業(yè)技術(shù)專家到企業(yè)開展講座活動,為空壓機運維工作人員講解各類技術(shù)和技能,使運維人員掌握相應(yīng)的技術(shù),增強設(shè)備的運維效果。

  3.4制定運維制度

  為進一步增強空壓機運維工作的有效性和可靠性,企業(yè)需要制定完善的運維制度,科學合理地開展運維管理活動。首先,制定完善的監(jiān)管制度,對空壓機運維的整個流程進行監(jiān)督分析,動態(tài)監(jiān)管運維工作,一旦發(fā)現(xiàn)問題就要提出有效解決措施。其次,制定相應(yīng)的責任制度,明確每位運維工作人員在實際工作中需要履行的職責,定期進行工作效果考核評價,按照考評結(jié)果落實獎懲制度,以此增強每位運維人員的責任感,保證空壓機運維效果[5]。

  4、結(jié)語

  綜上所述,企業(yè)空壓機應(yīng)用的過程中存在節(jié)能問題、壓力控制問題等。為有效解決問題,企業(yè)應(yīng)制定完善的空壓機節(jié)能方案,合理采用能源節(jié)約方式、壓力和噪聲控制方式以及設(shè)備改造方式,降低空壓機的能耗量。同時,企業(yè)需要制定完善的空壓機運維方案和體系,進行設(shè)備檢查和運行維護,培養(yǎng)優(yōu)秀的運維工作人才,制定健全的管理制度,以確保空壓機的穩(wěn)定運行。

  參考文獻

  [1]劉晨光.空壓機變頻改造節(jié)能技術(shù)的運用探究[J].中國設(shè)備工程,2023,22(1):222-224.

  [2]陳倩倩,顏蘇芊,靳貴銘,等.基于進氣溫度預(yù)處理的空壓機節(jié)能適用性分析[J].棉紡織技術(shù),2022,50(7):40-43.

  [3]艾佳薇.關(guān)于空壓機節(jié)能減排技術(shù)的研究[J].機械管理開發(fā),2022,37(5):195-197.

  [4]劉春福.低壓變頻在空壓機節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].化纖與紡織技術(shù),2022,51(5):101-103.

  [5]馮屯生.煤礦用空壓機智能群控節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].煤,2022,31(7):106-108.

標簽: 空壓機對策節(jié)能  

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