【壓縮機(jī)網(wǎng)】在完成新的壓縮空氣系統(tǒng)的安裝之后，設(shè)計師和安裝人員通常會感到非常自豪，尤其是當(dāng)它啟動并運行良好時?？吹綑C(jī)器運轉(zhuǎn)完美，以最低的成本產(chǎn)生可靠、清潔、干燥的壓縮空氣，這讓我們非常滿意。它使所有相關(guān)人員臉上露出笑容，并且還可以得到電力公司和能源公司的支持，他們隨后可能會拿出一些資金支持這項措施。

 

　　但是幾年后會發(fā)生什么，事情是否像剛開始一樣完美？ 這個問題的答案很少有人知道。本文介紹了一家食品公司分別在兩家工廠的一些有趣經(jīng)驗，這些公司在系統(tǒng)升級幾年后對優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行的評估顯示出問題。

 

　　1號工廠：系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)省能源，提供優(yōu)質(zhì)空氣

 

　　第一家大型工廠建于大約20年前，其特點是壓縮空氣系統(tǒng)由三臺300匹馬力的風(fēng)冷空氣壓縮機(jī)組成，這些壓縮機(jī)在主鍋爐房的中央控制器上運行。工廠的一部分區(qū)域被冷卻到接近4.44℃的溫度，以防止食品變質(zhì)，還要使用干燥劑干燥以保持空氣質(zhì)量。安裝了加熱式干燥機(jī)以調(diào)節(jié)壓縮空氣，并具有板載壓力露點相關(guān)的開關(guān)控制功能，該功能可通過減少再生功率消耗和低濕度負(fù)載時的干燥劑冷卻吹掃來節(jié)省能源。

 

　　該系統(tǒng)在主空氣壓縮機(jī)室中具有兩個非常大的儲罐，以協(xié)助空氣壓縮機(jī)控制，減緩壓力變化，使得空氣壓縮機(jī)關(guān)閉并再次啟動時，不會發(fā)生低壓事件。安裝了壓力/流量控制器，以將工廠壓力調(diào)節(jié)到盡可能低的壓力，來減少因向生產(chǎn)機(jī)械提供高于所需壓力而引起的人工需求。

 

　　所有的空氣壓縮機(jī)最初都是定頻壓縮機(jī)，但在系統(tǒng)開始使用約五年后才升級為變頻壓縮機(jī)，以節(jié)省能源。升級此系統(tǒng)后，在項目開始幾個月后就發(fā)現(xiàn)了可觀的節(jié)省量。

 

　　空氣壓縮機(jī)控制器通過將壓縮機(jī)的排氣壓力保持在單個壓力范圍內(nèi)盡可能低的水平，從而保持了非常好的壓縮空氣系統(tǒng)效率。通過對變頻控制進(jìn)行改造，可以將改良的空氣壓縮機(jī)用作調(diào)節(jié)流量，通過加快和降低速度來改變其流量輸出，以在其控制范圍內(nèi)獲得更恒定的壓力。該操作最大程度地減少了浪費的卸載運行時間。通常，定頻壓縮機(jī)在空載運行情況下會消耗額定滿載功率的30％，約為80kW。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)始終專注于盡可能減少其運行時間和功耗。

 

　　得到的壓縮空氣質(zhì)量非常好，空氣壓縮機(jī)和干燥機(jī)的運行效率都達(dá)到了最高。大型加熱式干燥器在所有條件下均保持4.44℃及以下的壓縮空氣壓力露點。該干燥器尺寸合適，額定容積比三臺空氣壓縮機(jī)各自的容量略大。最初只需要兩臺壓縮機(jī)來滿足峰值流量，剩下一個做備用。由于空氣干燥器的負(fù)荷僅為其容量的一小部分，因此其機(jī)載壓力露點控制器在需要時才會進(jìn)行再生循環(huán)，從而降低了干燥器的功耗，并減少了在加熱循環(huán)后用以冷卻干燥劑的冷卻液。

　　1號工廠：壓縮空氣系統(tǒng)性能下降

 

　　隨著系統(tǒng)的老化，各種變化都會影響已有的設(shè)備。最近對壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行了評估，該評估顯示了一些影響系統(tǒng)效率和壓縮空氣質(zhì)量的主要問題。與其他系統(tǒng)一樣，隨著工廠的老化，系統(tǒng)泄漏越來越多，隨之負(fù)荷也越來越高。此外，隨著生產(chǎn)過程的優(yōu)化，其它設(shè)備也被增加到壓縮空氣系統(tǒng)中。這增加了壓縮空氣的流量，在這種情況下，需要運行第三臺壓縮機(jī)組才能滿足流量的需求。這是一個非常重要的問題，因為任何一臺空氣壓縮機(jī)的故障現(xiàn)在都會在需求高峰期間導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，從而影響工廠的產(chǎn)量。

 

　　當(dāng)前的主要問題是熱量，較高的系統(tǒng)負(fù)載意味著壓縮機(jī)會產(chǎn)生更多的熱量。該系統(tǒng)位于工廠的主鍋爐房中，因此環(huán)境溫度始終很高。由于壓縮機(jī)是風(fēng)冷的，所以這種高溫會對系統(tǒng)及其各個組件產(chǎn)生負(fù)面影響。尤其是壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動器，該風(fēng)冷設(shè)備成功運行了很多年，但最終由于熱量過高而損壞。工廠為此組件苦苦掙扎了好幾個月，對其進(jìn)行了維修，但驅(qū)動器反復(fù)發(fā)生故障，維護(hù)人員只能無奈放棄嘗試。移除此設(shè)備會導(dǎo)致空載運行時效率降低而降低系統(tǒng)的整體效率。

 

　　此外，幾年后，由于環(huán)境溫度過高，同樣位于鍋爐房的中央空氣壓縮機(jī)控制器也發(fā)生了故障（圖1）。該控制器已過時，因此，某些部件無法被替換。該故障意味著壓縮機(jī)現(xiàn)在必須以級聯(lián)壓力帶控制運行，這會導(dǎo)致排氣壓力要高于所需的平均排氣壓力。排氣壓力越高，空氣壓縮機(jī)的單位能耗越多，從而系統(tǒng)的效率仍然較低。由于工廠的預(yù)算緊張，更換控制器的成本太高了，所以控制器無法更換。

 

 

　　中央控制器還控制壓力/流量控制器。隨著主控制器的故障，壓力/流量控制器也發(fā)生了故障，這大大增加了系統(tǒng)壓力。額外的壓縮氣流，使得空氣壓縮機(jī)消耗更多的能量，從而產(chǎn)生更多的熱量。

 

　　最后，由于環(huán)境溫度高，以及空氣壓縮機(jī)的風(fēng)冷器偶爾發(fā)生故障，空氣壓縮機(jī)經(jīng)常會過熱。隨著這些機(jī)器的老化，機(jī)殼內(nèi)的冷卻器變得越來越難以消除壓縮熱，從而導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)排氣溫度高于期望值。過熱的空氣壓縮機(jī)會使?jié)櫥瑒┘铀俜纸猓瑥亩趦?nèi)部傳熱表面形成清漆。即使在正常的環(huán)境條件下，這種清漆和冷卻器性能下降也會排氣溫度較高。

 

　　較高的排氣溫度導(dǎo)致空氣干燥設(shè)備出現(xiàn)問題。經(jīng)驗表明，溫度每降低6.67℃，未干燥壓縮空氣的水分含量就會增加一倍。因此，由于過多的水蒸氣含量，經(jīng)過空氣干燥器的過熱壓縮空氣會使設(shè)備不堪重負(fù)。在過載狀態(tài)下，干燥機(jī)無法保持額定壓力露點。并且在生產(chǎn)高峰期間，進(jìn)入冷藏設(shè)備的壓縮空氣的壓力露點達(dá)到了該設(shè)備無法接受的水平（圖2）。

 

　　壓縮空氣中過量的水分會在干燥劑上產(chǎn)生壓力，干燥機(jī)的出口有時會存在水分。這些水有些附著在用于控制干燥機(jī)的機(jī)載壓力露點探針上，導(dǎo)致干燥機(jī)出現(xiàn)故障。盡管更換了許多昂貴的部件，工作人員還是放棄了使用干燥機(jī)的壓力露點相關(guān)開關(guān)功能，該裝置被切換為固定循環(huán)模式，由于加熱器和冷卻空氣的需求量超過要求，系統(tǒng)效率又一次降低。

 

　　如今，上述措施是許多公司的典型做法，這會使得操作和維護(hù)人員超負(fù)荷工作。并且公司預(yù)算緊張，以至于無法維修和更換較舊的故障設(shè)備，并且還會導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低、系統(tǒng)運行效率低下和空氣質(zhì)量差。 

　　2號工廠：多個問題推動壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化

 

　　這個加工工廠實際上是兩個工廠合二為一。該工廠雖然已經(jīng)使用了50多年，但是進(jìn)行了各種大規(guī)模的翻新，最后一次是為了生產(chǎn)新產(chǎn)品而擴(kuò)大了規(guī)模。由于某種原因，該公司選擇安裝獨立控制的壓縮空氣系統(tǒng)，而不是將新管路連接到舊的主系統(tǒng)中。

 

　　主壓縮空氣系統(tǒng)大約在15年前進(jìn)行了升級，為工廠的兩臺定頻空氣壓縮機(jī)增加了水冷變頻空氣壓縮機(jī)。在其中一臺較舊的定頻壓縮機(jī)使用壽命到期后，安裝了第二臺風(fēng)冷變頻空氣壓縮機(jī)。幾年前，由于關(guān)鍵生產(chǎn)線發(fā)生了低壓事件，所以在其附近安裝了第三臺風(fēng)冷遠(yuǎn)程控制變頻壓縮機(jī)。

 

　　生產(chǎn)區(qū)域使用的是冷卻式干燥器，因此為第一臺空氣壓縮機(jī)安裝了帶壓力露點控制的干燥器，然后在安裝第二臺空氣壓縮機(jī)時購買了單獨的加熱式干燥器。當(dāng)安裝了第三臺變頻空氣壓縮機(jī)時，該公司購買了帶有壓力露點控制的干燥器，以遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的壓縮空氣需求，并通過止回閥將新的空氣壓縮機(jī)與主工廠系統(tǒng)隔離開來，從而可以在工廠系統(tǒng)發(fā)生故障時獨立運行。

 

　　為了擴(kuò)大工廠生產(chǎn)，安裝了兩臺75匹馬力變頻空氣壓縮機(jī)，并配有獨立的干燥器。系統(tǒng)中設(shè)計了大容量儲罐和流量控制器，以幫助控制空氣壓縮機(jī)并降低工廠壓力。在工廠生產(chǎn)的早期，發(fā)現(xiàn)兩臺空氣壓縮機(jī)的容量不足以在流量高峰期間維持壓力，因此添加了第三臺100匹馬力的空氣壓縮機(jī)。該系統(tǒng)最初由當(dāng)?shù)仉娏具M(jìn)行了驗證，結(jié)果顯示在最高效率下運行，但是當(dāng)安裝較大的空氣壓縮機(jī)時，系統(tǒng)的整體性能會下降。

 

　　2號工廠：評估指出系統(tǒng)效率和空氣質(zhì)量的問題

 

　　最近對這兩個工廠的系統(tǒng)進(jìn)行評估發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)效率均不理想，并且出現(xiàn)了一些空氣質(zhì)量問題。

 

　　對于主系統(tǒng)而言，空氣壓縮機(jī)全部獨立運行，沒有中央控制系統(tǒng)，設(shè)置了本地控制，以使變頻空氣壓縮機(jī)平均分擔(dān)負(fù)荷。這導(dǎo)致了較差的結(jié)果，其中變頻空氣壓縮機(jī)都以最小速度運行，這是這種空氣壓縮機(jī)的最低效率點。評估發(fā)現(xiàn)其中一臺空氣壓縮機(jī)存在內(nèi)部問題，導(dǎo)致其運行效率極低，每2.8m³/min流量的比功率非常差，超過35 kW，但由于壓縮機(jī)的設(shè)定，該設(shè)備會繼續(xù)在這種條件下運行。即使在輕載期間，整個系統(tǒng)僅需一個主空氣壓縮機(jī)運行，但由止回閥隔開的遠(yuǎn)程空氣壓縮機(jī)在夜間和周末將繼續(xù)運行。
 

　　干燥器的控制器由于老化和缺乏維護(hù)而導(dǎo)致三臺干燥機(jī)中的兩臺在整個非生產(chǎn)周期內(nèi)以滿負(fù)荷的功率繼續(xù)循環(huán)運行。干燥器功耗占據(jù)了低流量期間的大部分工廠功耗，浪費了大量功率。而且評估發(fā)現(xiàn)其中一臺干燥器出現(xiàn)故障，但在整個操作過程中沒有被發(fā)現(xiàn)（圖3）。該干燥機(jī)將飽和空氣通入系統(tǒng)的干燥側(cè)，這對空氣質(zhì)量產(chǎn)生了負(fù)面影響。由于沒有二次壓力露點測量設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)壓力露點，操作人員并沒有意識到此問題。
 

 

　　隨著進(jìn)一步的擴(kuò)大生產(chǎn)，由于控制間隙和空氣干燥器中存在止回閥，系統(tǒng)控制遇到了問題。100匹馬力的空氣壓縮機(jī)要比單個變頻空氣壓縮機(jī)大，所以有時空氣壓縮機(jī)會爭奪控制權(quán)，變頻壓縮機(jī)會加速和減速，但同時會以固定速度快速加載和卸載（圖4）。單向閥也會引起系統(tǒng)控制問題。這些閥門可防止系統(tǒng)壓力傳回到各個空氣壓縮機(jī)控制器。當(dāng)空氣壓縮機(jī)卸載并關(guān)閉時，干燥器的運行將導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)出口處的壓力迅速下降，從而空氣壓縮機(jī)將會再次啟動。

 

　　后來安裝了中央控制器以嘗試糾正控制問題，但是由于某些原因（未確定），該裝置無法正確控制多臺變頻空壓機(jī)。即使在中央控制下，由于100匹馬力定頻空壓機(jī)和兩臺75匹馬力變頻空壓機(jī)其中之一的尺寸不匹配而導(dǎo)致的控制間隙，也會使得空氣壓縮機(jī)在運行時存在控制問題。一般的選型原則是使主變頻空壓機(jī)比基本定頻空壓機(jī)稍大一些，以避免控制問題，然而購買基本空壓機(jī)時未遵循該規(guī)則，所以帶來了負(fù)面影響。

 

　　完成系統(tǒng)評估后，發(fā)現(xiàn)定頻空氣壓縮機(jī)的干燥器出現(xiàn)空氣質(zhì)量問題。該干燥器在其工作循環(huán)的再加壓部分中，它將在相同位置長時間停機(jī)。這導(dǎo)致干燥氣流的一側(cè)變得飽和，使?jié)窨諝膺M(jìn)入系統(tǒng)的干燥側(cè)，從而使壓力露點增加到了冷凍設(shè)備無法接受的水平。該問題為傳感器校準(zhǔn)問題，干燥器要設(shè)計成直到減壓側(cè)達(dá)到低壓為止才會運行。由于壓力傳感器的校準(zhǔn)錯誤，干燥器的控制器的壓力信號也未達(dá)到設(shè)定要求，因此干燥器在其再生周期的中間停機(jī)，直到隨機(jī)的壓力波動使其得以繼續(xù)運行。操作人員并未意識到這些問題，也沒有進(jìn)行遠(yuǎn)程二次壓力露點測量以確保輸出的壓縮空氣保持干燥。
 

 

　　解決壓縮空氣泄漏

 

　　兩家工廠的壓縮空氣評估均發(fā)現(xiàn)大量泄漏，泄漏位置總計超過200個。到目前為止，泄漏最多的是舊工廠。隨后工作人員創(chuàng)建了包括照片在內(nèi)的泄漏位置數(shù)據(jù)庫，并將其交給維護(hù)部門進(jìn)行維修。與其他工廠一樣，該工廠的人員配備最少，維護(hù)部門發(fā)現(xiàn)很難補(bǔ)救泄漏。大多數(shù)維修工作需要在午夜，周末或節(jié)假日進(jìn)行。平臺工作人員在安排工作中遇到了許多麻煩，所以他們突擊修復(fù)了一些泄露位置，從而顯著減少了滲漏流量。

 

　　評估及監(jiān)測方法推薦

 

　　這些系統(tǒng)的評估結(jié)果表明，盡管所有系統(tǒng)都安裝了高效的設(shè)備，并且運行良好，但工廠的變化、控制裝置以及部件的老化或故障都會導(dǎo)致效率低下和空氣質(zhì)量下降等問題。在大多數(shù)情況下，工廠的操作人員不會意識到問題所在。這說明廠家需要第三方進(jìn)行定期的壓縮空氣評估。

 

　　這些系統(tǒng)上還缺少空氣質(zhì)量測量和報警系統(tǒng)，空氣干燥器經(jīng)常出故障。操作人員可能需要數(shù)小時、數(shù)天甚至數(shù)月才能意識到問題并進(jìn)行糾正。最好再安裝一個空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器，該儀器可以將檢測到的故障迅速通知給維修人員。

 

　　這些系統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)和空氣干燥器的運行效率低下很多年，泄漏過多，消耗的功率大大超過了要求。良好的壓力、流量、功率、比功率、壓力露點和泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以使操作人員及時發(fā)現(xiàn)問題并及時進(jìn)行維修。

 

　　很高興得知工廠管理層已決定在不久的將來優(yōu)化所有工廠的這些系統(tǒng)，以更新設(shè)備并提高效率、可靠性和空氣質(zhì)量。

 

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