【壓縮機網】引言

　　空壓機是將大氣中的空氣制成高壓空氣，以提供氣體壓力能的機械，是工業(yè)制造的主要動力源[1]。在空壓機系統(tǒng)的能源消耗中，電能的消耗最大，占總消耗約77％；其次是維護費用，占總消耗18％；而設備投資只占到總成本的5％。因此，推動空壓機系統(tǒng)在工業(yè)生產節(jié)能改造成為一種趨勢[2]。

　　大多數(shù)學者是通過空壓機本體的變頻改造、系統(tǒng)的集中控制或余熱回收，達到節(jié)能降耗的目的。王坤闡述了空壓機節(jié)電系統(tǒng)工作原理，并分析空壓機節(jié)能系統(tǒng)的性能特點，對氣動系統(tǒng)的節(jié)能效果、空壓機節(jié)能改造方法進行了研究[3]。劉成紅等分析了空壓機在節(jié)能方面的應用特點，結合鄂鋼壓縮空氣系統(tǒng)存在的問題，通過對空氣過濾器進行定期維護、適當調整空壓機出口壓力、改變空壓機運行管理模式、改善循環(huán)水系統(tǒng)水質、查找泄露、定期維保及

　　校驗等措施，達到節(jié)能降耗的目的[4]。馬繼松等綜述了揚州市重點用能企業(yè)空壓機能效水平及運行管理的現(xiàn)狀，討論了設備經濟運行的諸多可能，提出了優(yōu)化選型、余熱回收、合同能源管理和政策激勵等對策建議[5]。夏坤基于空壓機的具體工作原理，通過對空壓機運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，結合母管的壓力值情況，借助可編程控制器PLC及監(jiān)測傳感器，讓空壓機實現(xiàn)了智能聯(lián)動控制，來合理控制空壓機的啟動臺數(shù)及啟動時間，以達到降低空壓機能耗的目的[6]。

　　合同能源管理是一種以節(jié)能服務公司與用能單位約定節(jié)能目標，節(jié)能服務公司以實現(xiàn)節(jié)能目標向用能單位提供服務的模式，其本質就是降低能源費用來支付節(jié)能項目全部成本的一種節(jié)能服務模式，這種節(jié)能服務模式有助于降低運營成本，提高能源利用率。也有少數(shù)學者介紹了項目通過合同能源管理完成空壓機系統(tǒng)改造的案例[7]。裴利星介紹了某煤礦以合同能源管理的方式對壓縮空氣系統(tǒng)進行改造，滿足企業(yè)生產需要并達到了節(jié)能減排的目的[8]。張冠華介紹了某企業(yè)使用外供壓縮空氣代替空壓機的過程，總結了項目的經濟效益[9]。不過，并沒有空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造是以氣費為結算方式來保證供氣質量和改造效果的。

　　本文通過介紹改造項目的概況、系統(tǒng)存在問題、改造方案、實施效果和項目收益，對“買氣”方式的空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造進行總結和分析，以期對類似的節(jié)能改造項目提供一定的參考。

　　1、空壓機系統(tǒng)改造前情況

　　1.1設備概況

　　云南某冶煉企業(yè)建廠時期同步配置了由3臺空壓機和3套微熱吸附式干燥劑組成的空壓站系統(tǒng)，系統(tǒng)由企業(yè)人員進行運行和維護，設備運行時間已達10年，存在較多問題。企業(yè)空壓站原有噴油螺桿式空氣壓縮機3臺，同時配備3套微熱吸附式干燥機，具體設備信息見表1和表2。

　　1.2存在問題

　　（1）系統(tǒng)設計余量大。企業(yè)原配備的3臺空壓機設計余量較大，未能與生產實際耗氣量做優(yōu)化匹配，導致空壓機系統(tǒng)出現(xiàn)開1臺不夠，開2臺過多的問題，此種“大馬拉小車”的模式導致電能浪費嚴重。

　　（2）主設備運行周期較長，性能下降。企業(yè)原配備的3臺空壓機均為2010年投建，設備為一級壓縮，較市場主流的二級壓縮機相比，能效比較低；設備機頭已進行過一次大修，連續(xù)10年的運行導致設備性能下降、產氣量下降。

　　（3）輔助設備能耗較高。企業(yè)空壓機系統(tǒng)配套的3套微熱吸附式干燥機，處于連續(xù)運行狀態(tài)，較市場主流的鼓風式干燥機相比能耗較高，同時該干燥機前后壓縮用氣壓力損失0.1MPa以上，氣損較高。冷卻水系統(tǒng)使用率下降，原有冷卻系統(tǒng)供應空壓機系統(tǒng)等設備使用，存在浪費情況。

　　綜上，企業(yè)現(xiàn)有空壓機組在系統(tǒng)配置、運行能效、輔助系統(tǒng)能耗、設備維護、運行周期等方面存在一定的缺陷。

　　1.3運行成本

　　合作方通過加裝流量計、電能表的方式對企業(yè)空壓機系統(tǒng)進行了數(shù)月的數(shù)據(jù)采集，計算了企業(yè)系統(tǒng)運行成本。企業(yè)空壓站年度運行時間約8000h，每天運行費用約4900元，年度運行成本約200萬元，計算得出每生產1m3壓縮空氣得綜合成本約0.12元/Nm3。

　　2、改造方案

　　2.1服務方案

　　壓縮空氣是由空氣壓縮機、后冷卻器、接收器、空氣干燥器、空氣儲罐、供應管線及多個壓縮機單元組成的系統(tǒng)的產物[10]。壓縮機系統(tǒng)的總能耗取決于多個因素，如類型、型號和尺寸，但電機功率、控制機制、系統(tǒng)設計、使用和維護也是決定壓縮空氣系統(tǒng)能耗的基礎[11]。

　　本次改造企業(yè)結合實際需要，選取了市場上具備長期穩(wěn)定運行能力的合作方，由合作方負責系統(tǒng)設計、選用新型節(jié)能空壓機房設備、配套物聯(lián)網云系統(tǒng)控制等，提供整站供氣合作方案。

　　（1）合作方負責投資與實施，企業(yè)按照成品壓縮空氣的使用標方（Nm3/min）結算氣費。其中氣費包含電費，即電費由合作方承擔。

　　（2）由合作方自行負責運維，企業(yè)不負責對空壓機組的運維工作。企業(yè)無需進行資金投入，雙方每月按照成品壓縮空氣的使用標方（Nm3/min）結算氣費。

　　（3）投入運行5年之后，合作方把新建系統(tǒng)免費移交給企業(yè)。

　　（4）在合作期間，如由于合作方自身原因導致不能保障供氣、服務不能滿足要求等問題，企業(yè)不承擔任何責任及費用，企業(yè)有權停用合作方設備并要求合作方自行拆除投資設備、搬離現(xiàn)場。

　　（5）企業(yè)對于合作方選用的設備、設計的方案、運維的開展不做約束，同時也不承擔任何運維作業(yè)任務，由合作方自行負責，在符合用氣要求的前提下，合作方可對設備、管道做出有利于節(jié)能的優(yōu)化改造，費用自行承擔。

　　（6）企業(yè)不對用氣量做任何保證，即按儀表實際測量量結算，儀表由企業(yè)自行采購安裝（以保證儀表的可靠性）。

　　（7）合同期內如企業(yè)因不可抗力導致無法繼續(xù)使用壓縮空氣，則可無條件終止合作，合作方自行拆走投建的供氣設備。

　　（8）如市場上出現(xiàn)節(jié)能效果有明顯改善的新設備、新技術，經雙方協(xié)商一致，可提前淘汰現(xiàn)有設備并共同分享進一步節(jié)能的價值。

　　2.2系統(tǒng)建設方案

　　2.2.1空壓機系統(tǒng)建設方案

　　合作方通過長時間的調研后，根據(jù)企業(yè)用氣量和用氣波動范圍，量身打造了一套節(jié)能壓縮空氣供應系統(tǒng)，放棄了傳統(tǒng)上只是更換設備的簡單做法，而是根據(jù)企業(yè)生產需要從實際出發(fā)，為企業(yè)重新建設了一個新的空壓站。

　　2.2.2空壓機系統(tǒng)改造措施

　　參考《企業(yè)能量平衡通則》（GB/T 3484-2009）、《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589-2020）等標準，按照購入存儲、加工轉換、輸送分配、終端使用和回收利用的能源平衡思路，對系統(tǒng)的空壓機、輔助設備、輸送管道、終端用氣點和循環(huán)冷卻系統(tǒng)進行了改造，同時借助物聯(lián)網技術升級了空壓機組的設備監(jiān)測和運行維護系統(tǒng)。

　　（1）冷卻水系統(tǒng)改造。放棄原有大循環(huán)的冷卻水供應，新建空壓機系統(tǒng)配備獨立小型冷卻塔，系統(tǒng)功率僅為5kW。新冷卻水系統(tǒng)改造完成后，冷卻水系統(tǒng)獨立運行，不再將輔助設備的冷卻水回流到企業(yè)大循環(huán)冷卻系統(tǒng)。同時，企業(yè)大循環(huán)冷卻系統(tǒng)夜間停用，全年節(jié)省了大量電費。

　　（2）壓縮空氣系統(tǒng)用戶側改造。合作方和企業(yè)對壓縮空氣用戶側進行了探漏、維修和優(yōu)化工作，完成了壓縮空氣輸送管道漏點的維修，減少了壓縮空氣泄漏量。同時，減少了系統(tǒng)供氣量，縮短了空壓機組的加載時間，降低了由此產生的電耗，從而直接降低了成本。

　　（3）物聯(lián)網云控制系統(tǒng)。設備通過物聯(lián)網云控制系統(tǒng)采集用氣量的峰值和時間、主設備運行溫度、耗材壽命、電能質量和電量等數(shù)據(jù)，既方便企業(yè)查看設備運行狀態(tài)，又減少了合作方的維護成本。

　　3、空壓機系統(tǒng)改造后收益

　　3.1系統(tǒng)運行資金收益

　　經過統(tǒng)計分析，新系統(tǒng)每年為企業(yè)節(jié)能約100萬度的電耗，折合約55萬元；每年節(jié)省設備維護費、人工費、折舊費，約32.5萬元。項目申報了地區(qū)工業(yè)能效提升及淘汰落后產能專項資金，經有關部門的書面審查和現(xiàn)場核查后，獲得10.3萬元的獎勵。

　　3.2系統(tǒng)運行節(jié)能收益

　　根據(jù)《節(jié)能量測量和驗證技術通則》（GB/T 28750-2012），項目節(jié)能量是指所實施的節(jié)能技術改造項目正常穩(wěn)定運行后，用能系統(tǒng)的能源消耗量（可比期）與改造前基期能源消耗量相比較的降低量。

　　（1）改造前能耗情況：2020年1月至9月，空壓機系統(tǒng)耗電量為1926460kWh，折算全年電量為2568613kWh。冷卻水原系統(tǒng)功率157kW。

　　（2）改造后能耗情況：2020年10月至2021年5月，空壓機系統(tǒng)耗電量為1024270kWh，折算全年電量為1365693kWh。冷卻水改造后系統(tǒng)功率5kW，改造完成后，原系統(tǒng)每天停運12h。

　　（3）項目節(jié)能量計算方法及結果。壓縮空氣節(jié)能量：（2568613-1365693）×3.1=373噸標準煤；電機節(jié)能量：（157-53）×12×365×3.1=141.12噸標準煤；項目合計節(jié)能：373＋141.12=514.12噸標準煤。

　　從上述來看，企業(yè)在空壓機組的改造項目中，不僅獲得了資金方面的直接回報，同時項目每年帶來了一定的節(jié)能效果，另外企業(yè)積極參與政府管理工作也獲得了一定的榮譽和資金獎勵。

　　4、項目總結

　　（1）項目以壓縮空氣用量為費用結算方式，不同于常見的租賃設備、分享節(jié)能量等合同能源管理方式，既要求了合作方供應合格的壓縮空氣、降低用氣成本、保證設備高效運行，又滿足了企業(yè)用氣需求、減少采購低質量設備的風險、降低了運維成本。

　　（2）合作方借助專業(yè)的技術能力，結合企業(yè)實際生產情況，從設備選型、冷卻水系統(tǒng)改造、用氣使用點的優(yōu)化處理、保留企業(yè)原空壓機系統(tǒng)的后備作用等方面入手，借助物聯(lián)網云控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，在保證企業(yè)正常用氣的前提下，幫助企業(yè)達到了節(jié)能降耗的目的，也得到了相應的經濟回報。

　　（3）企業(yè)的節(jié)能改造項目，積極參與政府部門的節(jié)能專項資金申報工作，不僅取得了資金獎勵，也為企業(yè)和相關員工帶來了榮譽。

　　（4）經過數(shù)據(jù)測算，本次空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造，5年內總體節(jié)能效益平均在36％左右，企業(yè)分享節(jié)能效果的26％，合作方分享節(jié)能效果的10％。

　　5、結語

　　云南某冶煉企業(yè)為改變空壓機系統(tǒng)設計余量大、設備性能下降、輔助設備能耗偏高的問題，通過計算用氣成本，以“買氣”的方式完成了空壓機系統(tǒng)節(jié)能改造。不但保證了壓縮空氣優(yōu)質、穩(wěn)定的工作，又降低了運維成本和能源消耗，達到了節(jié)能降耗的目的。

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