螺杆式空气压缩机节能改造

金国锋

宁波德曼压缩机有限公司 浙江 宁波 315333

摘要：空气压缩机进行空气的压缩，实际使用过程中消耗大量能耗。采用节能技术对空气压缩机进行科学改造，从而适当降低能耗和运行成本。因此，对螺杆式空气压缩机的节能问题进行分析意义深远。本文针对螺杆式空气压缩机的节能问题进行分析，阐述了空气压缩机工作原理，总结了相应的节能方案，从而降低运营成本，降低能耗。

关键词：螺杆式空气压缩机；节能方案；改造方案

螺杆式空气压缩机是为工厂中各个生产现场提供压缩空气的设备，通过螺杆等机构将从外界吸入的常压空气进行压缩，存贮于压力容器中，通过管路送至生产现场供使用。在石油化工生产过程中，常常用到大量的压缩空气，来满足工艺、设备、安全等的需要，如管道吹扫、物料输送、正压通风、气体置换、搅拌、仪器仪表的执行等等。

1空气压缩机的工作原理

空气压缩机主要有速度式和容积式两种，对于速度式空气压缩机而言，其工作原理主要是借助某种方式，促使气体流动速度逐渐加快，此后在扩压装置当中瞬间减速，通过这种方式，对气体动能进行转化，促使其成为气体静压能，最终使高压气体压力进行提升。容积式空气压缩机工作原理，通过对空气体积进行适当压缩，从而实现气体压力有所提升。

最为常见的容积式压缩机为螺杆式空气压缩机，主要工作原理是：通过一对相互平行的齿合的阴阳转子，在相应气缸当中转动，促使转子的齿槽中存在的空气不断产生周期性变化，这时的空气则逐渐沿着转子轴线，从吸入的一侧逐渐向输出一侧传送，从而使空气压缩机吸气、压缩以及排气得以实现。在空气压缩机当中，进气口和出气口分别在壳体两端，而其中的阴转子槽以及阳转子槽则通过主电机进行驱动，最终实现旋转。

2空压机运行现状

(1)空压机运行过程中，电能转化为机械能，机械能转化为热能。在机械能转化为热能的过程中，空气被压缩，温度升高，放出热量，同时螺杆等机械摩擦，也产生一定热量。

(2)在生产过程中，为了保证空压气稳定的压力和流量，减少波动,一般增设空气缓冲罐。同时，为了保证远距离输送到生产现场时仍满足用气压力的要求，还要考虑管道压降，一般空压机压力设定值高于实际使用值0.1~0.2MPa。

据测算，以上两部分热量相当于空压机输入能量的80%左右。为维持设备正常运行，必须对空压机进行降温，这部分热量就通过风机被排放到大气中。在空压机厂房内，特别是夏季，因为热量排放量大，室内温度升高，须额外增加机械排风设施，才能满足空压机运行需要，严重影响空压机出力，造成能耗损失。

(3)生产过程中，企业根据用气量的多少、生产重要程度、空压气的用途等情况,选择多台空压机或增加备机，这样会出现多台空压机并列运行的情况。多台空压机并列运行时，每台空压机根据各自设定的压力范围，周而复始地进行加载一卸载一加载一卸载的操作。这种工作状况下，每台设备各自为政，既不便于统一管理，出现压力传感器故障，还会造成各空压机运行负荷不均衡；此外，如果压力范围设定值宽，会造成空压机运行时间延长，即便卸载运行时，电动机不停止工作，仍然工频运行，运行电流接近电动机额定电流的50%，造成电能浪费。

3空气压缩机节能方案

对空气压缩机实施节能型改造，需要从空气压缩机的机械系统以及控制调节系统两方面出发。从机械系统角度进行分析，主要工作是对系统进行优化和改进等。促使管网阻力得以降低，并且降低功耗。从控制调节系统方面，对其进行改造，主要是对流量进行合理选择，并且对其做出适当调节。当下，对我国空气压缩机流量进行调节，调节的主要内容有对压缩机间歇控制运行、吸气调节以及气缸卸载、无极变速调节等。当空气压缩机处于间歇性运行状态时，会导致空气压缩机出现相对频繁的起停情况，这种情况下，会极大的提高能耗，促使电网波动有所增强。此外，会对设备的寿命带来影响。对于气缸卸载而言，不仅导致能量被浪费，并且会导致设备出现磨损，最终增加了运营成本。

目前无级变速调节得到了广泛使用，无级变速调节也就是变频调节技术。使用变频器，促使电机输入电压所具备的频率有所改变，对电机转速进行科学控制，最终使电机输出功率以及空气压缩机所输入的功率得到有效控制。通过这一方式，便能够使空气压缩机制风量和实际风量之间充分匹配。在这种情况下，促使电机转速能够进行比较连续的调节，从而使空气压缩机在设计情况下得到有效运行，并且能够让空气压缩机实际运载时的工作效率得到显著提升。最终帮助空气压缩机的耗能得以降低，为用户创造良好经济效益。

4空气压缩机节能改造方案

(1)在用气量变化大的生产场所，可以采用工频+变频的运行方式，节能更加显著。正常生产时，某几台空压机并列运行，受控于节能控制系统集中管理;气量变化时，及时启动变频控制空压机，快速、精准地保证用气压力。变频调节系统节能量一般可以达到10%~30%(跟空压机负荷有关）。

(2)对空压机系统进行改造，增加余热回收装置，以热水的形式回收利用压缩热，回收效率最高可达空压机功率的70%左右，回收热水温度可达60^。C(进水温度20t)。此方案须结合各企业空压机运行情况及功率大小，由余热回收装置供货厂家进行现场测试，出具具体改造方案，计算具体节能量。通过以上余热回收装置，可以降低热量排放量，节约电能。

(3)根据生产现场所需的空压气实际压力，降低空压机压力设定值，达到节约电能的目的。研究表明，空压机出口压力每降低0.1MPa,可以减少7%电能消耗。该方法简单明了，不需要任何投资，见效快，各企业可以根据自身情况，摸索数据，进行及时调整。

(4)增加空压机集中控制系统的工作原理：通过传感器和通信网络实时监测空压气系统的输出压力、用气量和各项运行参数，根据控制系统的精准计算，实现空压气高质量按需输出，满足生产需要。优点如下：降低电能成本，可以使压缩机组运行在较小的压力设定范围内，提高气压稳定性，降低电能消耗;实现多台联控，根据设定程序，按顺序启动、停止任何一台空压机，当一台出现故障时，自动启动备用设备，降低生产风险;优化各台空压机运行时间，使每台空压机都在最佳状况下运行，提高运行效率;根据生产情况，及时修改压力控制值,适应不同的生产需要（如开停车和正常生产时用气量不同，可采取不同的控制值），实现精准控制，降低电能消耗;运行参数集中管理，实时了解各台空压机运行情况，不用频繁去现场抄表，提高自动化管理水平。

(5)根据空压机工作原理可知：降低电动机转速可以使单位时间内的进气量相应下降，压缩机做功减少，电动机运行电流下降，从而达到减少电能的目的。此方案可以通过增加变频器来实现。压缩机在变频器拖动下，根据空压机出口设定的压力值，及时调整电动机转速，减少电能消耗。使用变频器进行调速，还有以下优点:变频器可以实现软启动，减少加载时启动电流过大对电网的冲击;设定压力是一个值，而不是一个范围,控制准确，压力波动小;在控制器控制下,根据压力变化，及时调整压缩机运转速度，没有加载一卸载的明显转化过程，减少了对设备的冲击,延长设备使用寿命。

5结束语

对空气压缩机改造之后，系统节能效果越发明显，自动化程度明显提升，大大降低噪声，同时减少了对设备的维修。与此同时，还在一定程度上延长了压缩机的使用寿命。因此，值得广泛应用和推广。

参考文献

[1]变频空压机在海洋平台上的应用研究[J].李雅智.石化术.2019(11)

[2]水泥企业空压机变频恒压供气改造[J].李金鹏,张军军.水泥.2020(01)