李國驍，榮仲舉

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 長壽 401221)

空氣壓縮機節(jié)能改造

李國驍*，榮仲舉

(重慶市映天輝氯堿化工有限公司，重慶 長壽 401221)

空氣壓縮機 ；一級壓縮；二級壓縮；合同能源管理；智能管理；節(jié)能

采用合同能源管理模式對空氣壓縮機進行了節(jié)能改造，并從工作原理、電能消耗等方面與傳統(tǒng)空氣壓縮機進行了對比。改造后的空氣壓縮機節(jié)能效果明顯。

空氣壓縮機是一種耗電量巨大的設(shè)備，其用電量約占我國發(fā)電總量的7%，形式主要有活塞式、回轉(zhuǎn)式、滑片式等。螺桿壓縮機是回轉(zhuǎn)式壓縮機的一種，普遍應用在我國各工業(yè)領(lǐng)域。目前，160 kW以上的螺桿壓縮機能效等級較低，只有少數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品可達到Ⅱ級能效，大部分產(chǎn)品處于Ⅲ級能效水平[1]。重慶映天輝氯堿化工有限公司(以下簡稱“重慶映天輝”)使用的是國產(chǎn)某品牌空氣壓縮機。具體配置為：0.8 MPa(20.6 m3/min)、110 kW的壓縮機 2臺(下面分別稱為1#110、2#110)，0.8 MPa(28.2 m3/min)、160 kW的壓縮機1臺(下面稱為3#160)。3臺壓縮機長時間滿負荷運行，效率較低。

1 能耗調(diào)研及合作方式選擇

與部分空氣壓縮機廠家進行了技術(shù)交流，并進行現(xiàn)場測試后，決定與重慶某公司合作，采用合同能源管理模式進行節(jié)能改造。新增1臺KHE160-38/7-Ⅱ空氣壓縮機(下面稱為4#160，采用兩級壓縮)，替代1#110和2#110(采用一級壓縮)。

2 新選機型的技術(shù)優(yōu)勢

2.1結(jié)構(gòu)特點

新選機型采用兩級壓縮、級間噴油冷卻的設(shè)計方案，壓縮機工作過程更接近最省功的等溫壓縮過程，大幅降低該系列螺桿壓縮機功耗，顯著提高壓縮機效率。主機轉(zhuǎn)子采用一流的Y形湯氏螺桿轉(zhuǎn)子型線，該型線具有更合理的泄漏三角形、更短的接觸線、更小的排氣封閉容積，轉(zhuǎn)子加工性能優(yōu)越，壓縮機具有卓越的容積效率及絕熱效率。主機采用一體設(shè)計，大大簡化結(jié)構(gòu)，性能更高效。由于采用兩級壓縮，單級軸承受力負荷大大減少，在保證軸承壽命的同時優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)，效率更高。通過以上主機優(yōu)化措施，該系列螺桿主機性能達到國家Ⅰ級能效標準。

2.2等溫壓縮

壓縮過程p-V示功圖如圖1所示。

圖1 壓縮過程p-V示功圖Fig.1 Indicator diagram of p-V during compression

圖1中曲線12′3′為等溫壓縮過程，與縱坐標形成的面積612′3′4為等溫壓縮的指示功。 曲線123″為一級實際壓縮過程，與縱坐標形成的面積613″4為一級壓縮的指示功。 曲線12、22′、2′3為兩級實際壓縮過程，與縱坐標形成的面積6125和52′34之和(6122′34)為兩級壓縮的指示功。 由圖1可以看出：等溫壓縮過程612′3′4面積(指示功)最小(實際壓縮過程中無法做到等溫壓縮)。 一級壓縮比等溫壓縮多出了12′3′3″1面積的功率，而兩級壓縮則比一級壓縮節(jié)省了22′33″面積(陰影部分)的功率。

2.3容積效率提高

轉(zhuǎn)子型線設(shè)計都存在一定的內(nèi)泄漏，單級壓縮從0.1 MPa直接壓縮到0.8 MPa，轉(zhuǎn)子受負向壓損大，轉(zhuǎn)子前后空氣密度比差大，大大降低了壓縮效率；兩級壓縮通過合理的壓縮比分配，第一級壓縮從0.1 MPa壓縮到0.27 MPa，第二級壓縮再從0.27 MPa壓縮到0.8 MPa，降低了轉(zhuǎn)子前后壓損，相同的輸入功率，明顯提高排氣量。設(shè)備使用壓力越高，兩級壓縮的節(jié)能效率體現(xiàn)越明顯。

2.4細節(jié)設(shè)計優(yōu)化

第一級、第二級的吸、排氣孔口均經(jīng)過優(yōu)化(0.6、0.7、0.8、1、1.3 MPa的主機均不相同)。兩級壓縮過程的冷卻采用霧狀噴射簾、級間長通道冷卻，霧化充分，設(shè)計更加優(yōu)化合理。改造后采用智能管控平臺，更有益于機器的維護保養(yǎng)、服務等管理。

3 改造前后的經(jīng)濟效益對比

3.1原空氣壓縮機運行測試數(shù)據(jù)

在設(shè)備上加裝智能電表，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

3.2改造后運行電耗

4#160空氣壓縮機與其他機組組合運行數(shù)據(jù)測試。測試期間，重慶映天輝主裝置負荷均保持不變，各用氣工序根據(jù)原生產(chǎn)方案生產(chǎn)，不作調(diào)整和人為干預。

表1 原空氣壓縮機運行電耗Table 1 Electricity consumption in operation of original air compressor kW·h

改造后原計劃用1臺4#160替代1#110和2#110，與3#160同時運行，但在實際運行中，1臺4#160和1#110就基本滿足了整個生產(chǎn)的要求，運行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 改造后空氣壓縮機運行電耗Table 2 Electricity consumption in operation of improved air compressor kW·h

由表1和表2可見：在工況不變的情況下，每天節(jié)約電耗2 147 kW·h，節(jié)能效果明顯。該設(shè)備改造后運行至今約4個月，運行穩(wěn)定、噪聲小，系統(tǒng)總能耗明顯降低。

4 結(jié)語

通過合同能源管理模式對傳統(tǒng)高能耗設(shè)備進行技術(shù)改造，充分解決了企業(yè)設(shè)備以老替新的投資問題。空氣壓縮機替換改造后，經(jīng)濟效益明顯；采用智能管控模式，設(shè)備運行參數(shù)、故障診斷、運行檔案、問題推送等均能通過移動終端實施在線監(jiān)測。此次改造不僅通過硬件替換實現(xiàn)了節(jié)能的目的，更是增添了科學的管理工具，運行管理的經(jīng)濟價值得到了大幅度提升。

[1] 兩級噴油螺桿空壓機節(jié)能技術(shù)[Z/OL].中國化工設(shè)備網(wǎng)，2016-05-20[2017-02-02].http://www.ccen.net/tech/detail-187494.html.

[編輯：董紅果]

以下交流內(nèi)容摘自氯堿工業(yè)討論平臺(QQ群號： 61500947)，歡迎您參與。

1.電解廠房是否需要軟管抽吸裝置

A:請問，電解廠房須做軟管抽吸裝置嗎?

A:AQ/T 3016—2008中，5.5.2第4條：“有可能出現(xiàn)氯氣泄漏的生產(chǎn)裝置區(qū)域位置，安裝與吸收裝置連接設(shè)施。吸入端采用非金屬塑料彈性軟管，并可移動，非金屬塑料彈性軟管的長度、直徑大小與數(shù)量應根據(jù)可能泄漏的氯氣量和泄漏點位置確定，保證生產(chǎn)裝置區(qū)域泄漏的氯氣及時被導入吸收裝置?！?/p>

這個生產(chǎn)裝置區(qū)域是否包括電解廠房？

B:電解工序不算。

A:專家說在泄漏點設(shè)移動式。

C:那就在電解槽周圍設(shè)的空氣補充口處安裝軟管。

D:電解廠房做抽空軟管沒有太大的必要，但也有單位這么做。

A:也有做的嗎？

C:我們沒有做，空氣補充口是有的。

D:聽說有，但沒見過。

E:液氯工序有，電解工序沒有。

B:做了也是擺設(shè)，如果電解系統(tǒng)出現(xiàn)這種情況，就直接停車。

D:對。

F:是的，液氯工序有，電解工序不用。

F:這些用氯保障措施旭化成原裝工藝模塊中有，歐洲的氯堿工廠都有。

G:安全措施當然是多多益善。

F:電解系統(tǒng)泄漏應該問題不大，原因是：①電解系統(tǒng)壓力不高，有的槽型甚至負壓操作，泄漏速率很有限；②電解系統(tǒng)沒有儲罐之類的容器，系統(tǒng)存量很有限，沒有多少氯可以泄漏的。因此，電解系統(tǒng)發(fā)生氯泄漏，一般停車就OK了。但是如果液氯儲罐發(fā)生泄漏，停車就能解決問題嗎？恐怕沒那么簡單了。

2.電解槽鎖定的目的

A:電解槽鎖定的目的是什么？

B:防止在正常電解過程中，突然停電時油壓機打開，電解槽出現(xiàn)膜脫落而發(fā)生著火。

C:主要是在膜脫落前電解槽會漏液，造成電解槽接地故障跳停，當然，伴隨著漏液也會出現(xiàn)氫氣和氯氣的泄漏，造成著火、爆炸、中毒等事故。

C:目前大部分廠家的油壓機都安裝了備用電源吧？

D:油壓機鎖定最重要的作用不是油壓機的作用，是“鎖定”。

C:對。

D:是防止突然停車而氣相壓力失去，造成高溫下單元槽密封面之間壓力過大，損壞墊片及造成事故。當然也有防止油壓機停電的作用。

C:密封不好會漏液的。

D:密封面之間的壓力保持在2 MPa。

3.液氯汽化的問題

A:對于液氯的汽化，低溫低壓法的液氯溫度一般在-20 ℃左右、壓力為0.2 MPa左右；高溫高壓法的液氯一般在0.8 MPa、溫度則在30 ℃左右(估計數(shù)據(jù))。請問，做為液氯使用的廠家，能否將兩種液氯同時從槽車上卸料至一個貯槽?

B:液氯的設(shè)計壓力為1.62 MPa，所以沒問題的。

C:2種液氯汽化都一樣，沒區(qū)別。

B:是的。

D:就是說，-20 ℃和30 ℃的液氯同時卸到一個儲槽會怎么樣?

C:分開卸就可以了。

A:是否會因快速的放吸熱產(chǎn)生事故?

D:分開卸。

C:液氯儲槽設(shè)計是按常溫狀態(tài)下氣液兩相平衡壓力加上一定的倍數(shù)設(shè)計的，所以沒問題。

A:仔細想來，和80 ℃的水加入10 ℃的水一樣，都是液體沒有相變，不會發(fā)生問題。

C:最多原來低溫液氯儲槽壓力低一些，在卸高溫液氯時儲槽壓力上漲一些，都在設(shè)計壓力范圍內(nèi)，沒問題的。

A:另外，這兩種液氯如都要汽化成氣氯，并且氣氯條件相同，這兩種液氯所需要的熱量相同嗎？

C:只是液氯的溫度不同，所含熱量有差距罷了，低溫液氯汽化肯定多消耗熱量。

A:從顯熱上講，溫度高的需要熱量低一些。

D:壓力平衡后消耗的熱量相同吧。

A:潛熱上講呢？各位請指教！

E:我覺得可以先按兩股流體混合,計算出混合后的最終溫度,對應查表得到飽和壓力,再用操作壓力來對照比較即可。

E:如果飽和壓力比操作壓力低，就不會汽化。

A:我的問題2是這兩種液氯分別單獨汽化。

A:主要是汽化潛熱。

C:如果要求的汽化后溫度相同，即終態(tài)條件相同，只是始態(tài)溫度不同，那么就只需得出始態(tài)溫度差的熱值差異，沒必要再去比較汽化潛熱了。

A:汽化潛熱隨壓力的增加而降低，能否應用在此?

E:-20 ℃液氯的汽化熱是281.23 kJ/kg，30 ℃液氯的汽化熱是248.64 kJ/kg。

A:是的，相差不大。

E:兩種汽化操作的熱量差就是-20 ℃升溫到30 ℃的顯熱。

A:也可以這樣理解。

4.陰極液溫度與電流密度的關(guān)系

A:與大家討論個問題。

A:旭硝子的溫度與電流密度對應關(guān)系，可以說非常的嚴謹。杜邦也有這方面相關(guān)的資料介紹。沒有見過旭化成這方面的介紹，只有一個要求即≤87 ℃。

B:旭化成沒有，沒法控制，不像德國電解槽，有單槽開車換熱器。

A:此處向大家請教3個問題：①≤87 ℃這個指標是指對應所有(0～6 kA/m2)各階段的電流嗎？②如果上面的問題是肯定的，那么在低電流運行時，為了降低電壓追求低的電耗提高運行溫度使之接近87 ℃，這樣就要靠E-273換熱器加熱提高進槽堿溫度，在低電流下有時進槽堿都達到92 ℃了，槽溫仍然在85 ℃以下。那么這個進槽堿溫度最高允許到多少？③既然陰極液要求≤87 ℃，而進槽堿高于87 ℃甚至達到了92 ℃，這在進口分配管處的溫度肯定高于87 ℃，這樣可以嗎？

B:操作規(guī)程沒說，我們是82～87 ℃對應4 kA/m2至滿負荷。

A:現(xiàn)在的膜極距電解槽大部分是可以加熱的。

B:是的。我們滿負荷也加熱。

B:87 ℃要求的出槽堿液溫度，實際上極網(wǎng)附近的溫度要大于這個溫度的，具體多少不知道，沒與日本人聊過，所以控制堿液溫度87 ℃就行。

B:但是在低負荷時不建議溫度過高，過高的進槽堿液溫度使得極網(wǎng)附近的溫度過高，可能會影響離子膜的性能。

B:用日本人的話說：低負荷高溫，燒堿質(zhì)量差，只要你能賣出去，那就沒問題。

A:當然從能耗上講，蒸汽加熱不可取，但是有的公司蒸汽富余。

C:一般槽溫還是控制在82～88 ℃較好。

A:一般都是高電流密度高運行溫度，低電流密度低運行溫度。

D:@A,對于槽溫旭化成也有明確的要求。

D:系統(tǒng)開車時槽溫控制在60 ℃為宜，低溫下運行對于槽電壓及后續(xù)運行都有影響，特別是初始開車。

D:在正常運行下槽溫控制在88 ℃左右，特別是膜運行到后期，同電流下槽溫相對較高，這就要求用E-273對其降溫。一般這時的進槽堿溫度要在80 ℃左右。

D:同樣條件下膜極距的槽溫要比高電流密度的溫度要低。

D:隨著離子膜的改進及各自運行操作，廠家目前也有明確的要求。

A:@D,這個和上面兩家比太模糊了。

D:我是根據(jù)現(xiàn)有電解槽的實際運行情況討論的。

D:我用的就是旭化成的電解槽。

D:同樣狀況下，氯工程槽溫也不近相同。

D:槽溫控制還是要根據(jù)膜的運行周期控制的。

A:控制依據(jù)太不嚴謹了。

E:陰陽極電解槽內(nèi)溫差太大是不好的。

E:氯工程返槽淡鹽水量比例為1∶1，所以陽極溫度相對來說比其他電槽進槽鹽水溫度高些。

5.停車后電解槽處理的有關(guān)問題

A:表1是是北化機或旭化成停車后的電解槽處理措施，有幾個問題請教大家：①軟管螺母重新擰緊“8 h內(nèi)要求”是指在電解槽排液前還是排液后？因為電解槽8 h內(nèi)可以不排液。②螺母的重新擰緊在“8 h內(nèi)和超過8 h以及超過1周”3種情況都要求，那么在8 h內(nèi)重新擰緊后，在8 h后是否還再進行一次呢？超過1周要求重新擰緊是什么意思？是指停車期間每周都要重新緊一次？③在重新擰緊螺母時整流器與電解槽之間的整流刀開關(guān)(DCDS)在實際操作中是否須斷開?

表1 停車后電解槽的處理

B:①因溫差較大，建議每次停車重新緊螺母，降到60 ℃以下就重新緊一次，多長時間沒那么準確。②第2個問題和汽車保養(yǎng)差不多，建議5 000 km或幾個月保養(yǎng)一次，哪個先到了就按哪個執(zhí)行。只要期間沒有溫差變化應該不用重新緊。③整流刀開關(guān)的安全要求最好是斷開，但是開車期間也能用絕緣扳手緊，保證安全就行。

A:我們實際操作是電解槽循環(huán)快結(jié)束時就緊一次，等水洗完再緊一次，然后每周洗槽時接著緊一次。目的就是杜絕溫度降低腐蝕螺母和縫隙腐蝕。

B:個人覺得停車后槽溫不變的情況下沒必要操作。

A:到洗完槽溫度不變也就是檢查檢查，幾乎都緊不動了。

B:開車不漏的情況下，停車后雖然溫度下降，但是沒有槽內(nèi)壓力了，洗完兩邊后緊一遍就可以。如果操作人員充足，多緊幾遍也可以，關(guān)鍵是沒太大用處。

6.氯氣壓縮過程的相關(guān)問題

A:各位在生產(chǎn)中是否碰到過這樣的情況:開車時當透平機并網(wǎng)后，打開進口閥門時，透平機進口氯氣壓力憋得很高，導葉怎么開也不起作用，給人的感覺好像是氯氣進不了透平機。大約十幾分鐘后，進口壓力突然快速降低，就像汽車發(fā)動機配備了渦輪增壓一樣，達到某一轉(zhuǎn)速渦輪增壓啟動動力大增，拉都拉不住。此時因開始時壓力高，導葉開度往往較大。如果調(diào)節(jié)不及時，壓力降低幅度較大，甚至會引起電解跳停。

B:氯壓機出口排氣，把氮氣排出，關(guān)閉補充氮氣閥，升電流，提氯氣純度。

A:怎樣避免突然的載量而造成透平機壓力進口降低？

B:用回流出口。我們單位小回流、大回流出口全是自動的。還有，氯壓機進口不用全開，夠就行。有一個節(jié)流作用，具體得自己摸索，原理都相同。

A:是進口閥開小點還是導葉開小點？

B:進口閥開小點。是離心式透平機，沒有導葉。

B:你們用導葉的話，就是沒有回流閥了。操作要點就是控制進口壓力。

B:氯氣要過來，氮氣得出去。就是這個道理。

A:是的。

B:而且要有進有出，出口全關(guān)死，就進不來了。

A:氮氣出去之前，氯氣進不去。當?shù)獨獬鋈ズ?，氯氣好像一下子就沖進去了，對吧？

C:@A,我認為關(guān)鍵是后面壓力的調(diào)節(jié)，因為壓縮比的不同，隨著氯氣純度的升高，透平機吸力增加，我們主要是手動控制氯氣分配臺壓力。

A:當?shù)獨庵脫Q出去后，透平機的表現(xiàn)是進口壓力快速下降，出口壓力快速上升。

C:@A,控制排尾吸的速度，再就是一開始氯氣分配臺壓力要控制低一點，最后用儀表調(diào)節(jié)閥，閥門開度0到100也就幾秒鐘，手動閥就不行。

D:我們是進口閥微開，出口閥關(guān)，打開跑氯閥，調(diào)節(jié)回流閥，等透平機出口壓力達到0.15 MPa以上，關(guān)閉跑氯閥，打開出口閥，氯氣送到冷凍工序。

D:空氣置換完后，再開透平機出口。不會出現(xiàn)壓力突然降低的情況。

C:@A，個人覺得，關(guān)鍵是分配臺初始壓力，以及排尾吸的速度，氯氣純度不會一下子漲上來。如果單純的通過導葉和回流調(diào)節(jié)，系統(tǒng)壓力波動還會很大。

A:我們是這樣的，打開透平機進口導葉在手動20%左右，關(guān)閉氮氣吹入閥。觀察透平機流量，保持透平機出口壓力在100 kPa以下。當發(fā)現(xiàn)透平機進口壓力快速下降，出口壓力快速上升時，說明氮氣己置換干凈。此時導葉放自動，然后縮小機前去事故氯閥開度，增大透平機的氯氣量。

A:@D，我們是一個思路。

A:@C，你的意思是出口壓力低造成的？

C:@A，我認為是這樣的：①隨著氯氣純度的提高，進口壓力降低，出口壓力逐漸提高。因為出口壓力提高，同樣的閥門開度，氯氣回流量會增大。透平機做工能力下降，對進口壓力的影響會變小。②氯氣純度不會一下子漲上來，控制好尾吸排放速度，進口壓力不會迅速降低而出現(xiàn)你所說的壓力波動很大，甚至出現(xiàn)跳停的情況。③我們用的是錦化機的透平機。開車時，導葉一般控制得比20%還要低，保證機組正常運行參數(shù)即可。另外，我們的氯氣取樣點在分配臺，而尾吸泄壓閥氣動閥在分配臺前，因此我們緊急停車時用，正常開車時不用。

B:要求穩(wěn)的話，停止充氮氣，開著氯壓機出口或者分配臺到廢氣處理的閥門排氮氣，開小點且慢慢來，時間長了開多少要多長時間就有經(jīng)驗了。手動閥最好開慢點，全儀表調(diào)節(jié)閥最好，動作快，響應快，最穩(wěn)。如果還采用手動閥，則更換成單座調(diào)節(jié)閥最好。

7.液氯過濾器的孔徑

A:請問液氯一般用多大孔徑的過濾器？

B:如果液氯有雜質(zhì)，泵入口前應裝有籃式過濾器，一般孔徑為380～550 μm)。具體應該根據(jù)各單位實際情況進行選用。

A:謝謝！

8.氫壓機是否設(shè)回流

A:氫壓機必須設(shè)置回流嗎？

B:氫壓機是什么泵？

B:容積泵必須設(shè)置回流。

A:為什么設(shè)置回流？

C:氫氣壓縮機有很多種，一般常用的有水環(huán)式、活塞式。

C:調(diào)節(jié)壓力和流量。

A:水環(huán)式。

A:開正常了，能否將回流全關(guān)閉？

C:可以。

B:容積泵在運行過程中是靠自身容積的改變來對介質(zhì)進行壓縮的，從而獲得能量。

B:在運行中通過泵的氣量是一定的，無法調(diào)整出口閥。調(diào)整進口閥是可以的，但是容易出現(xiàn)進口負壓，堅決不能關(guān)閉出口閥，否則壓力會無限高，從而損壞設(shè)備，因此一般配套回流，控制平衡氣量。

9.電解槽陽極進口鈦短節(jié)的腐蝕問題

A:電解槽陽極進口更換一個短節(jié)，用鈦管做的，目前鈦管焊縫腐蝕嚴重，請問是不是電化學影響造成的？連續(xù)做了兩個，都出現(xiàn)這樣的情況。

B:《氯堿工業(yè)》2014年第9期有一篇文章就討論這個問題。作者是付壘，文章題目是《淡鹽水出口管道的電化學腐蝕及解決方案》，你查閱一下，能解決你提到的問題。

A:好的，謝謝!

Energysavingimprovementofaircompressor

LIGuoxiao,RONGZhongju

(Chongqing Wintinwe Chlor-Alkali Chemical Co.,Ltd.,Chongqing 401221,China)

air compressor; single-stage compression; two-stage compression; energy performance contracting; intelligent management; energy saving

Energy-saving transformation of an air compressor had been carried out by adopting energy performance contracting mode. New air compressor was compared with the traditional one from the aspects of working principle and power consumption. The energy-saving effect of the transformed air compressor was obvious.

TQ083.4;TQ114.15

B

1008-133X(2017)07-0044-02

*

李國驍(1984—)，男，2014年畢業(yè)于重慶理工大學，一直從事生產(chǎn)管理工作，現(xiàn)任重慶市映天輝氯堿化工有限公司總經(jīng)理助理。

2017-02-07