【壓縮機網】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感到非常自豪，尤其是當它啟動并運行良好時。看到機器運轉完美，以最低的成本產生可靠、清潔、干燥的壓縮空氣，這讓我們非常滿意。它使所有相關人員臉上露出笑容，并且還可以得到電力公司和能源公司的支持，他們隨后可能會拿出一些資金支持這項措施。

 

　　但是幾年后會發生什么，事情是否像剛開始一樣完美？ 這個問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的一些有趣經驗，這些公司在系統升級幾年后對優化系統進行的評估顯示出問題。

 

　　1號工廠：系統優化節省能源，提供優質空氣

 

　　第一家大型工廠建于大約20年前，其特點是壓縮空氣系統由三臺300匹馬力的風冷空氣壓縮機組成，這些壓縮機在主鍋爐房的中央控制器上運行。工廠的一部分區域被冷卻到接近4.44℃的溫度，以防止食品變質，還要使用干燥劑干燥以保持空氣質量。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相關的開關控制功能，該功能可通過減少再生功率消耗和低濕度負載時的干燥劑冷卻吹掃來節省能源。

 

　　該系統在主空氣壓縮機室中具有兩個非常大的儲罐，以協助空氣壓縮機控制，減緩壓力變化，使得空氣壓縮機關閉并再次啟動時，不會發生低壓事件。安裝了壓力/流量控制器，以將工廠壓力調節到盡可能低的壓力，來減少因向生產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，在項目開始幾個月后就發現了可觀的節省量。

 

　　空氣壓縮機控制器通過將壓縮機的排氣壓力保持在單個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。通過對變頻控制進行改造，可以將改良的空氣壓縮機用作調節流量，通過加快和降低速度來改變其流量輸出，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間。通常，定頻壓縮機在空載運行情況下會消耗額定滿載功率的30％，約為80kW。系統設計應始終專注于盡可能減少其運行時間和功耗。

 

　　得到的壓縮空氣質量非常好，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。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滿足峰值流量，剩下一個做備用。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控制器在需要時才會進行再生循環，從而降低了干燥器的功耗，并減少了在加熱循環后用以冷卻干燥劑的冷卻液。

　　1號工廠：壓縮空氣系統性能下降

 

　　隨著系統的老化，各種變化都會影響已有的設備。最近對壓縮空氣系統進行了評估，該評估顯示了一些影響系統效率和壓縮空氣質量的主要問題。與其他系統一樣，隨著工廠的老化，系統泄漏越來越多，隨之負荷也越來越高。此外，隨著生產過程的優化，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足流量的需求。這是一個非常重要的問題，因為任何一臺空氣壓縮機的故障現在都會在需求高峰期間導致生產中斷，從而影響工廠的產量。

 

　　當前的主要問題是熱量，較高的系統負載意味著壓縮機會產生更多的熱量。該系統位于工廠的主鍋爐房中，因此環境溫度始終很高。由于壓縮機是風冷的，所以這種高溫會對系統及其各個組件產生負面影響。尤其是壓縮機的變頻驅動器，該風冷設備成功運行了很多年，但最終由于熱量過高而損壞。工廠為此組件苦苦掙扎了好幾個月，對其進行了維修，但驅動器反復發生故障，維護人員只能無奈放棄嘗試。移除此設備會導致空載運行時效率降低而降低系統的整體效率。

 

　　此外，幾年后，由于環境溫度過高，同樣位于鍋爐房的中央空氣壓縮機控制器也發生了故障（圖1）。該控制器已過時，因此，某些部件無法被替換。該故障意味著壓縮機現在必須以級聯壓力帶控制運行，這會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。由于工廠的預算緊張，更換控制器的成本太高了，所以控制器無法更換。

 

 

　　中央控制器還控制壓力/流量控制器。隨著主控制器的故障，壓力/流量控制器也發生了故障，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，從而產生更多的熱量。

 

　　最后，由于環境溫度高，以及空氣壓縮機的風冷器偶爾發生故障，空氣壓縮機經常會過熱。隨著這些機器的老化，機殼內的冷卻器變得越來越難以消除壓縮熱，從而導致空氣壓縮機排氣溫度高于期望值。過熱的空氣壓縮機會使潤滑劑加速分解，從而在內部傳熱表面形成清漆。即使在正常的環境條件下，這種清漆和冷卻器性能下降也會排氣溫度較高。

 

　　較高的排氣溫度導致空氣干燥設備出現問題。經驗表明，溫度每降低6.67℃，未干燥壓縮空氣的水分含量就會增加一倍。因此，由于過多的水蒸氣含量，經過空氣干燥器的過熱壓縮空氣會使設備不堪重負。在過載狀態下，干燥機無法保持額定壓力露點。并且在生產高峰期間，進入冷藏設備的壓縮空氣的壓力露點達到了該設備無法接受的水平（圖2）。

 

　　壓縮空氣中過量的水分會在干燥劑上產生壓力，干燥機的出口有時會存在水分。這些水有些附著在用于控制干燥機的機載壓力露點探針上，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相關開關功能，該裝置被切換為固定循環模式，由于加熱器和冷卻空氣的需求量超過要求，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，以至于無法維修和更換較舊的故障設備，并且還會導致系統可靠性降低、系統運行效率低下和空氣質量差。 

　　2號工廠：多個問題推動壓縮空氣系統優化

 

　　這個加工工廠實際上是兩個工廠合二為一。該工廠雖然已經使用了50多年，但是進行了各種大規模的翻新，最后一次是為了生產新產品而擴大了規模。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年前進行了升級，為工廠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，安裝了第二臺風冷變頻空氣壓縮機。幾年前，由于關鍵生產線發生了低壓事件，所以在其附近安裝了第三臺風冷遠程控制變頻壓縮機。

 

　　生產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控制的干燥器，然后在安裝第二臺空氣壓縮機時購買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，該公司購買了帶有壓力露點控制的干燥器，以遠程控制系統的壓縮空氣需求，并通過止回閥將新的空氣壓縮機與主工廠系統隔離開來，從而可以在工廠系統發生故障時獨立運行。

 

　　為了擴大工廠生產，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儲罐和流量控制器，以幫助控制空氣壓縮機并降低工廠壓力。在工廠生產的早期，發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，系統的整體性能會下降。

 

　　2號工廠：評估指出系統效率和空氣質量的問題

 

　　最近對這兩個工廠的系統進行評估發現，系統效率均不理想，并且出現了一些空氣質量問題。

 

　　對于主系統而言，空氣壓縮機全部獨立運行，沒有中央控制系統，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。評估發現其中一臺空氣壓縮機存在內部問題，導致其運行效率極低，每2.8m³/min流量的比功率非常差，超過35 kW，但由于壓縮機的設定，該設備會繼續在這種條件下運行。即使在輕載期間，整個系統僅需一個主空氣壓縮機運行，但由止回閥隔開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非生產周期內以滿負荷的功率繼續循環運行。干燥器功耗占據了低流量期間的大部分工廠功耗，浪費了大量功率。而且評估發現其中一臺干燥器出現故障，但在整個操作過程中沒有被發現（圖3）。該干燥機將飽和空氣通入系統的干燥側，這對空氣質量產生了負面影響。由于沒有二次壓力露點測量設備監視系統壓力露點，操作人員并沒有意識到此問題。
 

 

　　隨著進一步的擴大生產，由于控制間隙和空氣干燥器中存在止回閥，系統控制遇到了問題。100匹馬力的空氣壓縮機要比單個變頻空氣壓縮機大，所以有時空氣壓縮機會爭奪控制權，變頻壓縮機會加速和減速，但同時會以固定速度快速加載和卸載（圖4）。單向閥也會引起系統控制問題。這些閥門可防止系統壓力傳回到各個空氣壓縮機控制器。當空氣壓縮機卸載并關閉時，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再次啟動。

 

　　后來安裝了中央控制器以嘗試糾正控制問題，但是由于某些原因（未確定），該裝置無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，也會使得空氣壓縮機在運行時存在控制問題。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，以避免控制問題，然而購買基本空壓機時未遵循該規則，所以帶來了負面影響。

 

　　完成系統評估后，發現定頻空氣壓縮機的干燥器出現空氣質量問題。該干燥器在其工作循環的再加壓部分中，它將在相同位置長時間停機。這導致干燥氣流的一側變得飽和，使濕空氣進入系統的干燥側，從而使壓力露點增加到了冷凍設備無法接受的水平。該問題為傳感器校準問題，干燥器要設計成直到減壓側達到低壓為止才會運行。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使其得以繼續運行。操作人員并未意識到這些問題，也沒有進行遠程二次壓力露點測量以確保輸出的壓縮空氣保持干燥。
 

 

　　解決壓縮空氣泄漏

 

　　兩家工廠的壓縮空氣評估均發現大量泄漏，泄漏位置總計超過200個。到目前為止，泄漏最多的是舊工廠。隨后工作人員創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進行維修。與其他工廠一樣，該工廠的人員配備最少，維護部門發現很難補救泄漏。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，但工廠的變化、控制裝置以及部件的老化或故障都會導致效率低下和空氣質量下降等問題。在大多數情況下，工廠的操作人員不會意識到問題所在。這說明廠家需要第三方進行定期的壓縮空氣評估。

 

　　這些系統上還缺少空氣質量測量和報警系統，空氣干燥器經常出故障。操作人員可能需要數小時、數天甚至數月才能意識到問題并進行糾正。最好再安裝一個空氣質量監測儀器，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，泄漏過多，消耗的功率大大超過了要求。良好的壓力、流量、功率、比功率、壓力露點和泄漏監測系統可以使操作人員及時發現問題并及時進行維修。

 

　　很高興得知工廠管理層已決定在不久的將來優化所有工廠的這些系統，以更新設備并提高效率、可靠性和空氣質量。

 

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