【壓縮機網(wǎng)】在完成新的壓縮空氣系統的安裝之后，設計師和安裝人員通常會(huì )感到非常自豪，尤其是當它啟動(dòng)并運行良好時(shí)?？吹綑C器運轉完美，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(mǎn)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(huì )拿出一些資金支持這項措施。

 

　　但是幾年后會(huì )發(fā)生什么，事情是否像剛開(kāi)始一樣完美？ 這個(gè)問(wèn)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(chǎng)的一些有趣經(jīng)驗，這些公司在系統升級幾年后對優(yōu)化系統進(jìn)行的評估顯示出問(wèn)題。

 

　　1號工廠(chǎng)：系統優(yōu)化節省能源，提供優(yōu)質(zhì)空氣

 

　　第一家大型工廠(chǎng)建于大約20年前，其特點(diǎn)是壓縮空氣系統由三臺300匹馬力的風(fēng)冷空氣壓縮機組成，這些壓縮機在主鍋爐房的中央控制器上運行。工廠(chǎng)的一部分區域被冷卻到接近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以調節壓縮空氣，并具有板載壓力露點(diǎn)相關(guān)的開(kāi)關(guān)控制功能，該功能可通過(guò)減少再生功率消耗和低濕度負載時(shí)的干燥劑冷卻吹掃來(lái)節省能源。

 

　　該系統在主空氣壓縮機室中具有兩個(gè)非常大的儲罐，以協(xié)助空氣壓縮機控制，減緩壓力變化，使得空氣壓縮機關(guān)閉并再次啟動(dòng)時(shí)，不會(huì )發(fā)生低壓事件。安裝了壓力/流量控制器，以將工廠(chǎng)壓力調節到盡可能低的壓力，來(lái)減少因向生產(chǎn)機械提供高于所需壓力而引起的人工需求。

 

　　所有的空氣壓縮機最初都是定頻壓縮機，但在系統開(kāi)始使用約五年后才升級為變頻壓縮機，以節省能源。升級此系統后，在項目開(kāi)始幾個(gè)月后就發(fā)現了可觀(guān)的節省量。

 

　　空氣壓縮機控制器通過(guò)將壓縮機的排氣壓力保持在單個(gè)壓力范圍內盡可能低的水平，從而保持了非常好的壓縮空氣系統效率。通過(guò)對變頻控制進(jìn)行改造，可以將改良的空氣壓縮機用作調節流量，通過(guò)加快和降低速度來(lái)改變其流量輸出，以在其控制范圍內獲得更恒定的壓力。該操作最大程度地減少了浪費的卸載運行時(shí)間。通常，定頻壓縮機在空載運行情況下會(huì )消耗額定滿(mǎn)載功率的30％，約為80kW。系統設計應始終專(zhuān)注于盡可能減少其運行時(shí)間和功耗。

 

　　得到的壓縮空氣質(zhì)量非常好，空氣壓縮機和干燥機的運行效率都達到了最高。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(diǎn)。該干燥器尺寸合適，額定容積比三臺空氣壓縮機各自的容量略大。最初只需要兩臺壓縮機來(lái)滿(mǎn)足峰值流量，剩下一個(gè)做備用。由于空氣干燥器的負荷僅為其容量的一小部分，因此其機載壓力露點(diǎn)控制器在需要時(shí)才會(huì )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(chǎng)：壓縮空氣系統性能下降

 

　　隨著(zhù)系統的老化，各種變化都會(huì )影響已有的設備。最近對壓縮空氣系統進(jìn)行了評估，該評估顯示了一些影響系統效率和壓縮空氣質(zhì)量的主要問(wèn)題。與其他系統一樣，隨著(zhù)工廠(chǎng)的老化，系統泄漏越來(lái)越多，隨之負荷也越來(lái)越高。此外，隨著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化，其它設備也被增加到壓縮空氣系統中。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組才能滿(mǎn)足流量的需求。這是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，因為任何一臺空氣壓縮機的故障現在都會(huì )在需求高峰期間導致生產(chǎn)中斷，從而影響工廠(chǎng)的產(chǎn)量。

 

　　當前的主要問(wèn)題是熱量，較高的系統負載意味著(zhù)壓縮機會(huì )產(chǎn)生更多的熱量。該系統位于工廠(chǎng)的主鍋爐房中，因此環(huán)境溫度始終很高。由于壓縮機是風(fēng)冷的，所以這種高溫會(huì )對系統及其各個(gè)組件產(chǎn)生負面影響。尤其是壓縮機的變頻驅動(dòng)器，該風(fēng)冷設備成功運行了很多年，但最終由于熱量過(guò)高而損壞。工廠(chǎng)為此組件苦苦掙扎了好幾個(gè)月，對其進(jìn)行了維修，但驅動(dòng)器反復發(fā)生故障，維護人員只能無(wú)奈放棄嘗試。移除此設備會(huì )導致空載運行時(shí)效率降低而降低系統的整體效率。

 

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

 

 

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

 

　　最后，由于環(huán)境溫度高，以及空氣壓縮機的風(fēng)冷器偶爾發(fā)生故障，空氣壓縮機經(jīng)常會(huì )過(guò)熱。隨著(zhù)這些機器的老化，機殼內的冷卻器變得越來(lái)越難以消除壓縮熱，從而導致空氣壓縮機排氣溫度高于期望值。過(guò)熱的空氣壓縮機會(huì )使潤滑劑加速分解，從而在內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(huì )排氣溫度較高。

 

　　較高的排氣溫度導致空氣干燥設備出現問(wèn)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(huì )增加一倍。因此，由于過(guò)多的水蒸氣含量，經(jīng)過(guò)空氣干燥器的過(guò)熱壓縮空氣會(huì )使設備不堪重負。在過(guò)載狀態(tài)下，干燥機無(wú)法保持額定壓力露點(diǎn)。并且在生產(chǎn)高峰期間，進(jìn)入冷藏設備的壓縮空氣的壓力露點(diǎn)達到了該設備無(wú)法接受的水平（圖2）。

 

　　壓縮空氣中過(guò)量的水分會(huì )在干燥劑上產(chǎn)生壓力，干燥機的出口有時(shí)會(huì )存在水分。這些水有些附著(zhù)在用于控制干燥機的機載壓力露點(diǎn)探針上，導致干燥機出現故障。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的壓力露點(diǎn)相關(guān)開(kāi)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(guò)要求，系統效率又一次降低。

 

　　如今，上述措施是許多公司的典型做法，這會(huì )使得操作和維護人員超負荷工作。并且公司預算緊張，以至于無(wú)法維修和更換較舊的故障設備，并且還會(huì )導致系統可靠性降低、系統運行效率低下和空氣質(zhì)量差。 

　　2號工廠(chǎng)：多個(gè)問(wèn)題推動(dòng)壓縮空氣系統優(yōu)化

 

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

 

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

 

　　生產(chǎn)區域使用的是冷卻式干燥器，因此為第一臺空氣壓縮機安裝了帶壓力露點(diǎn)控制的干燥器，然后在安裝第二臺空氣壓縮機時(shí)購買(mǎi)了單獨的加熱式干燥器。當安裝了第三臺變頻空氣壓縮機時(shí)，該公司購買(mǎi)了帶有壓力露點(diǎn)控制的干燥器，以遠程控制系統的壓縮空氣需求，并通過(guò)止回閥將新的空氣壓縮機與主工廠(chǎng)系統隔離開(kāi)來(lái)，從而可以在工廠(chǎng)系統發(fā)生故障時(shí)獨立運行。

 

　　為了擴大工廠(chǎng)生產(chǎn)，安裝了兩臺75匹馬力變頻空氣壓縮機，并配有獨立的干燥器。系統中設計了大容量?jì)藓土髁靠刂破?，以幫助控制空氣壓縮機并降低工廠(chǎng)壓力。在工廠(chǎng)生產(chǎn)的早期，發(fā)現兩臺空氣壓縮機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。該系統最初由當地電力公司進(jìn)行了驗證，結果顯示在最高效率下運行，但是當安裝較大的空氣壓縮機時(shí)，系統的整體性能會(huì )下降。

 

　　2號工廠(chǎng)：評估指出系統效率和空氣質(zhì)量的問(wèn)題

 

　　最近對這兩個(gè)工廠(chǎng)的系統進(jìn)行評估發(fā)現，系統效率均不理想，并且出現了一些空氣質(zhì)量問(wèn)題。

 

　　對于主系統而言，空氣壓縮機全部獨立運行，沒(méi)有中央控制系統，設置了本地控制，以使變頻空氣壓縮機平均分擔負荷。這導致了較差的結果，其中變頻空氣壓縮機都以最小速度運行，這是這種空氣壓縮機的最低效率點(diǎn)。評估發(fā)現其中一臺空氣壓縮機存在內部問(wèn)題，導致其運行效率極低，每2.8m³/min流量的比功率非常差，超過(guò)35 kW，但由于壓縮機的設定，該設備會(huì )繼續在這種條件下運行。即使在輕載期間，整個(gè)系統僅需一個(gè)主空氣壓縮機運行，但由止回閥隔開(kāi)的遠程空氣壓縮機在夜間和周末將繼續運行。
 

　　干燥器的控制器由于老化和缺乏維護而導致三臺干燥機中的兩臺在整個(gè)非生產(chǎn)周期內以滿(mǎn)負荷的功率繼續循環(huán)運行。干燥器功耗占據了低流量期間的大部分工廠(chǎng)功耗，浪費了大量功率。而且評估發(fā)現其中一臺干燥器出現故障，但在整個(gè)操作過(guò)程中沒(méi)有被發(fā)現（圖3）。該干燥機將飽和空氣通入系統的干燥側，這對空氣質(zhì)量產(chǎn)生了負面影響。由于沒(méi)有二次壓力露點(diǎn)測量設備監視系統壓力露點(diǎn)，操作人員并沒(méi)有意識到此問(wèn)題。
 

 

　　隨著(zhù)進(jìn)一步的擴大生產(chǎn)，由于控制間隙和空氣干燥器中存在止回閥，系統控制遇到了問(wèn)題。100匹馬力的空氣壓縮機要比單個(gè)變頻空氣壓縮機大，所以有時(shí)空氣壓縮機會(huì )爭奪控制權，變頻壓縮機會(huì )加速和減速，但同時(shí)會(huì )以固定速度快速加載和卸載（圖4）。單向閥也會(huì )引起系統控制問(wèn)題。這些閥門(mén)可防止系統壓力傳回到各個(gè)空氣壓縮機控制器。當空氣壓縮機卸載并關(guān)閉時(shí)，干燥器的運行將導致空氣壓縮機出口處的壓力迅速下降，從而空氣壓縮機將會(huì )再次啟動(dòng)。

 

　　后來(lái)安裝了中央控制器以嘗試糾正控制問(wèn)題，但是由于某些原因（未確定），該裝置無(wú)法正確控制多臺變頻空壓機。即使在中央控制下，由于100匹馬力定頻空壓機和兩臺75匹馬力變頻空壓機其中之一的尺寸不匹配而導致的控制間隙，也會(huì )使得空氣壓縮機在運行時(shí)存在控制問(wèn)題。一般的選型原則是使主變頻空壓機比基本定頻空壓機稍大一些，以避免控制問(wèn)題，然而購買(mǎi)基本空壓機時(shí)未遵循該規則，所以帶來(lái)了負面影響。

 

　　完成系統評估后，發(fā)現定頻空氣壓縮機的干燥器出現空氣質(zhì)量問(wèn)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(cháng)時(shí)間停機。這導致干燥氣流的一側變得飽和，使濕空氣進(jìn)入系統的干燥側，從而使壓力露點(diǎn)增加到了冷凍設備無(wú)法接受的水平。該問(wèn)題為傳感器校準問(wèn)題，干燥器要設計成直到減壓側達到低壓為止才會(huì )運行。由于壓力傳感器的校準錯誤，干燥器的控制器的壓力信號也未達到設定要求，因此干燥器在其再生周期的中間停機，直到隨機的壓力波動(dòng)使其得以繼續運行。操作人員并未意識到這些問(wèn)題，也沒(méi)有進(jìn)行遠程二次壓力露點(diǎn)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(chǎng)的壓縮空氣評估均發(fā)現大量泄漏，泄漏位置總計超過(guò)200個(gè)。到目前為止，泄漏最多的是舊工廠(chǎng)。隨后工作人員創(chuàng )建了包括照片在內的泄漏位置數據庫，并將其交給維護部門(mén)進(jìn)行維修。與其他工廠(chǎng)一樣，該工廠(chǎng)的人員配備最少，維護部門(mén)發(fā)現很難補救泄漏。大多數維修工作需要在午夜，周末或節假日進(jìn)行。平臺工作人員在安排工作中遇到了許多麻煩，所以他們突擊修復了一些泄露位置，從而顯著(zhù)減少了滲漏流量。

 

　　評估及監測方法推薦

 

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

 

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

 

　　這些系統的空氣壓縮機和空氣干燥器的運行效率低下很多年，泄漏過(guò)多，消耗的功率大大超過(guò)了要求。良好的壓力、流量、功率、比功率、壓力露點(diǎn)和泄漏監測系統可以使操作人員及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行維修。

 

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

 

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