压缩机提供最佳供气方案探讨

2009年04月27日

　　面对中国这样一个制造业高速发展和能源相对紧缺市场，可靠、节能空压机必将获最大发展。确，参加本期压缩机论坛各厂商代表谈论最多也是围绕“高效、节能”。
　　如何为用户提供最佳供气方案？“最佳”含义是多方面。相信从以下论坛嘉宾观点中，您一定会找到答案。
　　多种机型各有千秋
　　朱财先生阿特拉斯·科普柯(上海)贸易有限公司产品经理
　　朱财先生：离心式压缩机是叶轮对气体作功加速，并将动能转化为压力能中、大流量压缩机。其转速较高(一般可达15000～100000 r/min)，必须对其高速轴每一级叶轮进行振动监测，安装Bently3300/3500系列振动分析仪，以避免因平衡或间隙变化而引起重大事故。离心式压缩机，用气量越大，其经济性和优势越突出。而小气量供气(100m3以下)，则螺杆机更有优势。如何实现无油，要用一个发展眼光来看。现主一个价格问题，这个市场被喷油螺杆机将价格拉低，抢占了很多本应该是无油机市场，这对长期环保和节能是不利。事实上很多行业比如食品、酒类、还有制药本应该完全用无油机，这很大程度上也决定于应用行业对压缩机技术理解和压缩空气使用观念和责任感，不应该只停留价格方面判断，要知道额外支付成本会以后3～5年内设备维护和运行费用中到补偿。
　　活塞式压缩机小流量高压力应用场合依然很有优势，比如饮料厂应用吹瓶机，就要应用活塞式压缩机。活塞机增压，可以达到40bar。阿特拉斯现有一个解决方案是用无油螺杆压缩机和活塞式增压机配合。另外，如天然气压缩机(CNG)，就采用四级压缩活塞式压缩机，出口压力可达300～400bar。
　　唐坚华先生上海康普艾压缩机有限公司市场部技术支持
　　唐坚华先生：滑片式压缩机运动部件转子，转速低(1480r/min)，可靠性高，运转时本身油温和排气温度低，可置于恶劣环境条件下长时间连续运转。滑片机本身靠离心力自动补偿与定子腔壁间隙，几乎不会有二次压缩情况，这也是螺杆式压缩机无可比拟。其使用寿命超过10万小时，此外，滑片机运行特别安静，惟一噪声来自电机和冷却风扇，而转子运行却很安静，特别是机器运行时不会产生振动。滑片式压缩机运转时单纯回转运动，主轴轴向不受力，不需使用复杂滚子轴承。而螺杆式压缩机必须使用滚子轴承(推力轴承)平衡推力。其他特点还包括重量轻、外型尺寸小、重心低，焊上轮子后可做成机动型，可使用现场移动使用，无需复杂管线。
　　生产工艺决定整机效率
　　欧志球先生凯撒空压机(上海)有限公司总经理
　　欧志球先生：压缩机转子制造与配置上，德国凯撒空压机1975年推出自有专利Sigma外形转子，并以后30多年里，不断改善其型线，提高加工精度，最大限度减小螺杆转子内密封损失，提高容积效率。凯撒每一台空气压缩机都是选用大转子低转速方式运行，达到最低比功率。
　　空压机结构设计上，德国凯撒采用直联式驱动方式，减少了中间传动损失，降低了转速，提高了效率与转子运行可靠性。电机选用欧洲最高效率等级(Eff1)与 IP55保护等级西门子电机,电机方面亦做到电能最节省，非常恶劣工作环境，同样高可靠运行。其他如基于工业PC控制器，超大冷却器设计，单独风道设计，独有径向风扇设计等等，这一切都为凯撒空压机整机高效可靠运行提供了有力保证。唐坚华先生：螺杆机效率取决于空气端设计、加工，还取决于整台空压机设计、制造。康普艾公司螺杆机采用独立研发新型转子型线，确保转子间隙低至忽米级(百分之一毫米)。多道数控磨削加工及后续处理工艺，使空气端运转时非常平稳。所有螺杆机均采用特有冷热区分开设计，降低重要部件如空气端、电气元件、电机等运行温度同时，最大限度把热量释放到机器外。模块化设计空气端、专利密封件、多功能控制面板能减少一般设计中无法避免高故障率、多泄漏点、繁琐维护等问题。
　　按需提供最佳供气方案
　　朱财先生：单个客户用气量越来越大，特别是现规模生产不断扩大，更多客户希望实行集中供气，集群管理，那么供气方案就是一个非常值探讨问题。我们首先要确保单台压缩机运行效率、可靠性，以及维护是最经济，另外机器本身运行是否符合良好调节性，比如进气截流，目前市场上有连续调节蝶阀和加载、卸载开关式on/off阀，我们不能一概而论哪种效果好，如蝶阀因其进气截流而产生压力降将导致压缩机压比加大，耗功增加，而使能耗与流量不可能形成比例关系。关键要看是否满足用户用气负荷变化。阿特拉斯是最早开始研发VSD(变频)调节专业厂商，因其能够对马达进行调速，跟踪负荷波动，与用气变化相匹配，这样无疑可以节省能耗，这也是单台机器发展潮流。阿特拉斯Air Scan能为用户测量出实时负荷变化状态，并可以测算出变频调速压缩机节能数值，投资回报时间等，一般通常为3年左右。另外，从产品组合上，客户用气需求，特别是24h用气波动特点，然后找到其规律性。阿特拉斯产品包括比较齐全机型，这也是提供多种机型组合必要条件。比如大气量供气上，我们推荐离心机和VSD无油螺杆机配合使用，也即离心机作为基本供气，无油螺杆机作为负荷调节供气。初次投入比较高，但通常3年能够收回多出来成本，波动更明显则回收期更短。客户不同成本要求，也可以用离心机和普通无油螺杆机，或离心机和喷油螺杆机。要提供灵活配合方案，就要品种系列齐全。光靠单种机型，很难实现最佳组合，也就是首先要具备产品多元化。
　　田省三先生盛世神钢压缩机(北京)有限公司总经理
　　田省三先生：压缩机价值风量，压缩机马力不同，其购置成本、维修成本以及效率都会不同。神户制钢公司制造远心式、螺杆式两种压缩机产品，我们认为300kW以下螺杆式压缩机具有优势，300kW以上远心式具有优势。另外，常常看到用远心式压缩机进行全负荷运转，用螺杆机进行负荷调整。使用神钢远心AVE时，负荷调整与螺杆式压缩机一样可进行负荷/无负荷运转，克服了远心式压缩机容量调整范围只可以达到70%～100%弊端。，仅使用一台远心式压缩机也能够实现10%～100%负荷调整，节约能源方面做出了贡献。
　　降低能耗与环保
　　刘波先生伯格压缩机(上海)有限公司销售部经理
　　刘波先生：空气压缩机提供高效动力同时，也消耗着极大电源能耗，空压机同时也被称为“电老虎”。BOGE空压机外部节能措施：增加变频控制系统，该方式适合负载波动较大工况。空气压缩机站采取联控方式，如BOGE公司MCS控制系统。它工况具体情况智能判断该空压机站机器开机或停机，即台数控制技术，达到节能目。作为节能有效方法之一，台数控制器多台空压机使用场合中应用已日渐广泛，避免了不必要多台机器同时运转所引起巨大浪费，使用多台机器时节能效果相当明显。同时台数控制器还具有简化人员管理工作、均衡机器运行时间等优点。BOGE空压机内部节能措施从机器内部设计方面入手，大量采用模块化设计，减少空压机内部管路及阀件，达到最大限度降低空压机内部压力损耗，达到节能目。伯格螺杆式压缩机油管路和油气混合气管路都使用高品质钢管。整个系统一根用于传输干净压缩空气高压软管，比传统设计减少了70%左右连接管件及接头。BOGE压缩机从主机室生成压缩空气到出口端，内部损耗(用于管件及阀件损耗)不大于0.1bar左右，而传统设计压缩机其内部损耗到0.5bar左右，部分高达1bar左右。
　　节能理念拓展从“抑制”到“活用”。螺杆空压机压缩规律，排气压力越低，其消耗功率越少。排气压力下降1bar，消耗轴功率节省7%。实际应用中，保证最低使用压力情况下，设低排气压力是一种非常简单而有效节能措施。最新出现节能技术从另外一个角度拓展了节能理念。将降低排气压力后所剩余功率，转换成排气量增加，这种新机型使用压力越低时候，排气量增量越大，显示出“活用”节能效果！
　　田省三先生：追求压缩机节能化也体现了制造厂家节能责任感。作为神户制钢来说，是做到变频化，还电机采用永久磁石追求进一步节约能源。价格较高，却可以为客户节约更多电费。不久将来，神户制钢准备为中国企业提供与日本同样进行被称为“节能诊断”服务，就是测定实际消耗能源后提交节能方案服务。
　　环保，1.设备废弃时使用产业废弃物容易剥离制作方法。2.干燥机冷媒采用对臭氧层破坏系数为0新冷媒。3.分离精度达到0.002cc/m3以下内置超高性能油分离器，排除密封部位漏油以及提供油分离装置来进行油彻底分离。
　　何志龙先生西安交通大学压缩机研究所博士
　　何志龙先生：我国，压缩空气系统耗电量约占全国发电量10%，一般工矿企业中，压缩空气系统耗电量约占企业总耗电量20%～30%。实现空压机节能和环保主要二个方面，一是不断开拓新机型；二是不断提高和改进现有机型效率和性能。空压机节能途径主要体现改进设计、提高压缩效率、选择高效率驱动设备以及选择最优控制系统。
　　螺杆压缩机，节能设计主要有以下途径：1.合理设计吸排气管路，减少管道内压力损失和泄漏；2.采用变频调速，实现容量调节，与普通进气节流式相比,变频空压机节能效果可达30%～40%；3.采用直联式电机驱动，减少机械传动损失，同时采用高效永磁同步电机。4.采用微电脑控制，缩小加载与卸载幅度，保证用气设备最低压力条件下，降低排气压力设定；5.多机组控制，实际使用空气量自动选定所必要机器台数，避免了不必要多台机器同时运转所引起巨大浪费。离心压缩机，节能设计主要有以下途径：1.采用高效节能三元流动设计叶轮；2.采用光滑气流通道，降低叶轮轮阻损失；3.采用小间隙软密封、干气密封和磁力轴承等；4.保证叶片扩压器与叶轮最佳匹配；5.采用可转动进口导叶调节或叶片扩压器叶片调节；6.合理匹配级与级之间参数。同样，我们也可以对空压站改进设计达到节能目，比如合理布置空压站位置以及管路，降低管路损耗。保持房间通风，选择合适压缩空气干燥设备等。
　　朱财先生：阿特拉斯有一个口号“Because we care”，其含义是我们将环保理念贯穿始终。比如我们静音型离心式压缩机，有一个完全封闭隔音罩，使噪声能降低7、8个dB，这样就减少了噪声对操作人员伤害。另外一种污染是电磁波，这对通信有影响，对人也有伤害，这也是环保。我们VSD无油螺杆机满足电磁兼容(EMC)标准,可以实现无电磁污染。
　　能耗首先机器本身效率，效率高肯定是节能。还有泄漏，比如管路连接是用法兰螺纹都有影响。其他因素还有调节控制方式(离心机喘振漂移跟踪功能)，冷却器和水分离器选择，空气流道产生压降有多大以及密封性能。螺杆机，还有齿型啮合。压力带设定通常用PC编程控制，系统控制，自动化软件发展很快，比如现场总线，其最大优点能降低单机及系统输出压力。还有就是整厂供气管网布置也很重要，这主决定于用气单位本身技术水平。
　　后处理设备必不可少
　　欧志球先生：空压机以外，凯撒工程师们更加关注用户实际用气情况，为此，凯撒发展了可用于现场测量专用压缩空气需求分析仪(ADA)和凯撒压缩空气系统能源节省分析软件。这些工具，用户可以了解现有状况并对新系统方案进行模拟运行，获最节能压缩空气系统方案。
　　凯撒1998年推出基于工业PC西格玛空压机控制器之后，又于2002年率先推出了基于网络化管理西格玛压缩空气系统管理器。该管理器利用其压力窄带控制技术及其强大适时跟踪用气量变化功能，多台空压机压缩空气管理中，降低并稳定了系统运行压力，大幅度降低了整个系统运行功率。如此，该管理器强大通信功能使其可以太网线和公司局域网进行通信，使用户世界上任何方都可以像访问因特网一样方便快捷访问其空压站房。
　　唐坚华先生：国内客户针对空气系统自动化要求越来越高，实际上反映是空压机系统必须符合当前新控制系统要求和规范。康普艾公司提供标准空压机专用工业控制器，还提供更多基于联控功能控制模块选项，多种类型就控制和集中控制方案，同时结合PLC等工业设备领域常见控制器，使客户确定设计方案时就可以有多种选择。
　　远程监控必要性
　　李勇才先生昆山昆泰克空气系统技术有限公司产品经理
　　李勇才先生：工厂自动化程度不断提高，客户要求空压机能够高效、可靠运行，还要网络化远程监控，实现24h无人职守作业。昆西压缩机正是满足客户这一需求，推出了Power$ync智能控制系统和Web$ync远程监控系统，让客户体验空压机组自动化运行管理。
　　Power$ync是基于微型处理器智能控制器，实时监测压缩机各运行工况，故障诊断报警，并用气负荷精确控制排气量和稳定排气压力。Power$ync智能控制器有强大单机控制功能，还具有强大多机组网运行能力。客户现场，可以很便捷将多达16台Power$ync连接起来，实现空压机组多机联网自动运行，而不需要安装额外控制设备和软件。客户可以对每台Power$ync智能控制器定义一个ID，用大写字母表示，如A、B、C、D等。然后可以任何一台联网Power$ync智能控制器上对整个空压机组编制修改运行程序，设置多个不同顺序和多个不同时序组合。设置完毕后，所有数据会网络更新到每一台Power$ync上。整个空压机组就会按程序自动运行，完全实现24h无人职守作业。
　　上面所提到仅仅是空压机组联网运行。现，越来越多客户希望从控制室实现远程监控。这里有两种方式，一是客户有自己DCS系统，希望把空压机监控整合到其中。Power$ync支持Profibus和Modbus协议，客户DCS系统可以进行协议通信，实现远程监控，并可DCS上编制程序实现空压机组联网运行。这种方式优点是可以将空压机监控整合到客户DCS，统一到生产工艺程序控制。但缺点是需要DCS系统集成商做大量信息解读和程序编制工作，这方面会产生大量成本。而另一种方式则是客户希望提供安装简便监控系统。昆西压缩机正是为客户考虑到这一点，提供了Web$ync远程监控系统，配合Power$ync智能控制器实现远程监控和自动化运行管理。Web$ync支持 Profibus和Modbus协议通信，提供了更为便捷通信方式。它可以Modem或Ethernet与客户监控PC直接进行通信。 Web$ync已内建界面友好监控网页，客户监控PC上不需要安装任何专用软件，有Microsoft IE 5.0以上浏览器即可。客户浏览器进入Web$ync界面即可实现远程监控。可监视空压机组运行工况，远程起/停，轻/重载调节，提供故障报警，运行参数设置等监控功能，还可实现数据记录和故障报警远程通知等辅助功能。这样就可以完全实现空压机组自动化运行和远程监控。

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