劉錫蕓

(萊鋼集團設備檢修中心， 山東 271104)

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空壓機集成控制系統(tǒng)優(yōu)化改造

劉錫蕓

(萊鋼集團設備檢修中心， 山東 271104)

摘要：結合工業(yè)變頻技術、能效優(yōu)化技術，對空壓機壓縮空氣系統(tǒng)進行優(yōu)化控制，提高壓縮空氣系統(tǒng)能效，從而達到綜合節(jié)能的目的。

關鍵詞：空壓機；改造；節(jié)能

螺桿式空氣壓縮機的工作過程分為吸氣、密封及輸送、壓縮、排氣四個過程。

當空壓機連續(xù)運行，壓縮機主體溫度會升高，當溫度達到一定程度時，本系統(tǒng)設定為60℃(控制器根據(jù)應用環(huán)境自行設定)，風機開始運行，用于降低主機工作溫度。風機運行一段時間，主機溫度下降，低于50℃時風機停轉。

1現(xiàn)役空壓機技術參數(shù)

現(xiàn)役空氣壓縮機技術參數(shù)見表1。

表1　空氣壓縮機技術參數(shù)

2現(xiàn)役空壓機基本運行情況

共有2個獨立供氣管網(wǎng)，分別為低壓管網(wǎng)及高壓管網(wǎng)。經(jīng)調(diào)研：低壓管網(wǎng)一般開啟5臺螺桿機，分別是4臺LU320W-8及1臺LU330SW-8，其余作備機，一臺卸載，加載壓力0.6 MPa，加載電流21.5A，卸載壓力0.7 MPa，卸載電流8.72 A，其余運行設備全部滿負荷。高壓管網(wǎng)一般開啟3臺LU450W-13螺桿機和2臺壽力離心機，其余作備機。調(diào)研時1臺螺桿機卸載，加載壓力1 MPa，加載電流27.17 A，卸載壓力1.1 MPa，卸載電流11.81 A，其余運行設備滿負荷。

3空壓系統(tǒng)高能耗分析

(1)空壓機運行效率低，能耗大?？諌簷C本身效率能達到國家二級能效標準，機組效率較好。由于供需端沒有較好的匹配，同時由于高壓系統(tǒng)無法滿足瞬時用氣需求，為維持管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，被迫多開一臺LU450W-13螺桿機。這種運行方式雖然能滿足生產(chǎn)要求，但會造成嚴重的空壓機卸載運行。根據(jù)分析，LU450W-13卸載運行時，浪費嚴重。根據(jù)卸載電流得出高壓空壓機卸載功率178 kW，低壓空壓機卸載功率130 kW，卸載功率基本為浪費功率。根據(jù)4天歷史曲線統(tǒng)計，高壓系統(tǒng)共計運行5 737 min，其中加載運行748.5 min，加載率僅為13%。低壓系共計運行5 740 min，其中加載運行2 580 min，加載率為45%。

(2)供需壓力不匹配。3#高爐噴煤用氣壓力要求為1 MPa,1#、2#高爐噴煤用氣壓力要求為0.8 MPa?，F(xiàn)高壓管網(wǎng)為滿足3#高爐的壓力需求，將整個管網(wǎng)的壓力升高到1 MPa，這是一種比較浪費的供氣方式。

(3)缺乏有效的群控技術。雖然空壓站有監(jiān)控系統(tǒng)，但是只限于數(shù)據(jù)的采集和顯示，并沒有將自動群控技術納入在內(nèi)，導致空壓機的生產(chǎn)和供給不匹配，降低了運行效率。

4高、低壓系統(tǒng)改造

4.1變頻改造

本次改造選擇一臺320 kW和一臺330 kW的空壓機進行變頻改造，通過一拖二的方式增加一套ZVSD-400-10 kV變頻器。正常情況下，系統(tǒng)其它空壓機工頻滿負荷運行，利用變頻空壓機來調(diào)節(jié)供氣量，保證系統(tǒng)管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。如果變頻器故障，還可利用旁路切換到工頻狀態(tài)運行，確保系統(tǒng)安全可靠。變頻器接線圖見圖1，變頻器原理見圖2。

4.2管網(wǎng)優(yōu)化改造

(a)改造前配電圖

(b)改造后配電圖

圖2　高壓變頻器原理圖

在3#空壓站與1#空壓站之間的高壓氣體聯(lián)通管道上增加一個閥門，2臺壽力離心機在壓力1.05 MPa下運行，通過閥門將壓力控制在0.8 MPa后，再送至1#、2#、3#高爐，壓力又升高到1.05 MPa。

利用3#高爐休風時間，開啟1#空壓站內(nèi)所有備用螺桿機組，給1#、2#高爐供氣，停止3#空壓站內(nèi)的離心機，然后關閉高壓氣體聯(lián)通管道的前后進氣閥門，在聯(lián)通管道上加裝電動閥門。

開啟12#、13#離心機，打開高壓聯(lián)通管道上閥門，通過電動閥門自動將壓力調(diào)至0.8 MPa，給1#、2#高爐供氣，最后將5#~9#螺桿機的壓力設定為0.8 MPa。

4.3優(yōu)化系統(tǒng)群控

(1)安裝智能節(jié)能主控柜。拆除原有的PLC主控柜及接線，安裝智能節(jié)能主控柜，并將原監(jiān)控系統(tǒng)中的信號線接到智能節(jié)能主控柜內(nèi)。

(2)改造1#~11#空壓機墻上操作箱。重新設計操作箱，增加現(xiàn)場/遠程轉換開關，替換原有的操作箱，并鋪設電纜到空壓機的控制器內(nèi)。保留原有的現(xiàn)場操作功能，實現(xiàn)遠程操作功能。

(3)修改1#~11#空壓機控制程序。由于現(xiàn)有的空壓機采用的是西門子S7-200PLC控制，配備EM277后，具備遠程通訊功能，但不具備遠程控制功能，所以需要對原程序進行修改，使其具備遠程啟停和加卸載功能。

(4)改造12#~14#空壓機。由于原有空壓機系統(tǒng)的通訊協(xié)議為Modbus，所以需要增加一個Modbus轉Profibus協(xié)議模塊，然后與S7-300PLC進行通訊，具備遠程控制功能。

(5)改造流量計。分別從5臺流量計處到智能節(jié)能主控柜放通訊電纜，連接到Modbus轉Profibus協(xié)議模塊，與空壓機相連。

(6)群控改造。根據(jù)采集的管網(wǎng)壓力、流量和各空壓機組的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)嵌優(yōu)化算法，依據(jù)每臺壓縮機運行特點，根據(jù)終端用戶的需求，合理分配各壓縮機排氣量及排氣壓力，在保證工藝安全的前提下，使各壓縮機的輸入最小，能耗最低。并且根據(jù)實際需求對空壓機的啟停進行控制，通過控制變頻頻率、空壓機開機臺數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化運行。

5應用效果

低壓管網(wǎng)：測試卸載率55%，加載壓力0.6

MPa，卸載壓力0.67 MPa，卸載電流8.7 A，加載電流21.5 A,改造后系統(tǒng)長期處于加載狀態(tài)，主管網(wǎng)壓力保持在0.62 MPa，計算節(jié)電率約33.56%，年節(jié)約電量約592 MW·h。

高壓管網(wǎng)：測試卸載率87%，加載壓力1 MPa，卸載壓力1.07 MPa，卸載電流11.81 A，加載電流27.17 A。改造后系統(tǒng)長期處于加載/停機狀態(tài)，3#高爐供氣管網(wǎng)壓力保持在1 MPa，1#、2#高爐壓力保持在0.8 MPa，計算節(jié)約功率257 kW，年節(jié)電量約2 056 MW·h。

編輯陳秀娟

Optimization and Modification of the Integrated Control System of Air Compressor

Liu Xiyun

Abstract：The compressed air system of air compressor is performed optimal control by industrial frequency conversion technology and energy efficiency optimization technology in order to improve the energy efficiency of the compressed air system, and achieve the purpose of comprehensive energy saving.

Key words：air compressor; modification; energy saving

中圖分類號：TD443+2

文獻標志碼：B

作者簡介：劉錫蕓(1980—)，女，工程師。電話：18663489138

收稿日期：2015—09—14