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二十七.壓縮機站設備在互聯網+趨勢下的節能探究
二十七.壓縮機站設備在互聯網+趨勢下的節能探究
壓縮站設備中壓縮機肯定是主要設備,站內的壓縮機可以是一種類型的壓縮機,也可以是多種類型混合在一起的壓縮機群;為了保證進、出氣的品質,當然,前后處理設備也是必不可少的,如:各種過濾器(包括自潔式過濾器)、冷凍式和吸附式干燥器、排水器;還有一些輔助設備:如冷水機等,對于工藝氣壓縮機輔助和配套設備就更多。由于壓縮機是一種能量轉換設備,它的主要功能是把電能轉化為壓縮能。因此,生產成本中這一塊的費用是不可估量的,加之,壓縮站是由上述眾多設備組成,加上值機、維護、設備折舊和管理人員的費用,這也就是很多專家提出的氣、電不等價的原因,氣價是遠遠高于電價的。
壓縮機的工作過程也是一個變工況、變負荷的過程,對于壓縮站而言,更需要協調和管理好數臺各類壓縮機應對工況、負荷的變化,并且協調好各種輔助設備,有效地利用數臺各類壓縮機的效能,使其效率發揮到最大最優。
壓縮機節能是一個系統工程,除站內設備的效率改進以外,傳輸管路及終端設備也是改造的重點,本文試圖通過對站內設備的管理來提升其節能效率。“壓縮站設備!互聯網”的目的在于管控站內設備,使其達到在設備管理層能有效維護設備做到無人值守、負荷調配、故障預判及故障分析、記錄實時及歷史趨勢、有功功率和無功功率的可視化分析與記錄、遠程維護及大數據分析處理等等。
物聯網與互聯網對壓縮站設備的影響
物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。反映到我們壓縮站就是站內設備間通過現場總線可以無縫地進行數據的交換,使得設備更加智能化,互相之間可以相互協調,再加上中央監控系統的整體調控渾然一體,使得系統更加優化和健壯,現在所說的互聯網也包括移動互聯網的概念,即通過公共移動網絡對設備信息的瀏覽和信息的交換。空壓站監控系統一般分三層網絡結構,現場設備層、連鎖控制層、上位機監控層組成,現場設備層主要完成設備本機的控制功能,同時預留通訊接口,可以向連鎖控制層傳輸現場設備的運行數據;連鎖控制層主要是讀取現場設備層的數據和控制現場設備,同時把獲取的數據送至上位機監控系統;上位機監控系統是把從下面獲取的數據進行展示和分析,起到集中管理和控制設備的目的。
其系統結構示意如下(圖1):
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采用互聯網技術后,壓縮站具有兩大好處,一是:工況狀態可視化,數據記錄自動化,無人值守或少人值守成為可能,值守環境舒適化;二是:為實現節能提供了多方位、多角度的處理方法和手段。
物聯網與互聯網對壓縮機站設備節能的影響
壓縮機本身的節能廠家已經做出了很多努力,比如,變頻機、永磁變頻機、兩級壓縮等等,都是從壓縮機自身的能效方面所做的努力,然而,一個空壓站系統包括很多工況狀態對壓縮機效率的影響,如:配置的后處理設備是否是第四代的節能產品、循環水的溫度是否滿足冷卻的條件、排污閥是否是無耗氣的節能產品……等等,壓縮機再節能,配套設備不節能也是枉然,因此,控制所有設備的連鎖運行成為互聯網節能的最大目標和優勢。具體實現如下:
1)網絡技術實現傳統的連鎖節能控制更為容易和靈活:
確保供氣壓力的穩定,根據壓力曲線的陡峭程度來判斷啟動設備的數量和大小;開機時先開大設備以保證后面的用氣,對于具有變頻機的系統,可以由變頻機進行微調;
均衡每臺設備的運行時間,運行時間長的后啟先停,運行時間短的先啟后停;
自學習控制算法保證機組供氣壓力穩定,最小能耗運行;
最優的控制算法,避免空壓機的頻繁加卸載和啟停機;
故障設備智能切除, 自動開啟新的設備。
以上傳統技術已證明在壓縮站運行中起到了非常重要的節能作用,類似的手段還有很多,不再贅述。上面的技術可以在系統中選擇性使用,要看系統的種類和用途,并不是適合任何壓縮站的情況。
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上位機監控系統主要由實時數據采集與監控、實時報警、數據分析、運行報表等四部分組成,實時監控主要完成數據采集、顯示設備動態流程、顯示設備運行狀態、參數修改、遠程控制;實時報警主要是設備報警信息的實時顯示、記錄歷史報警信息、故障的確認、故障的問題分析等;數據分析主要是利用實時曲線、歷史曲線進行分析設備運行情況,優化控制過程;運行報表主要包含生產報表、運行報告、報警報表和交接班記錄,主要用來管理設備和節能分析,如圖2。
可實現采集空壓機的各個溫度、壓力、電流等數據,空壓機運行、故障、加卸載等狀態,同時可以控制空壓機的啟停,方便操作人員管理空壓站設備,提高效率。
可以查詢節能監控空壓站系統內包括設備的全部報警信息,并將其進行逐一的分類。報警信息內包含設備編號、設備名稱、報警時間和報警信息內容,可以讓客戶直觀的看到設備報警的原因,便于故障的快速處理。
為了快速查找報警信息,節能監控系統提供了日期選擇的功能,同時提供了單臺設備和全部設備的選擇功能。報警記錄包括空壓機報警記錄、冷干機報警記錄、水泵報警記錄、電機報警記錄、變頻器報警記錄、水壓報警記錄和水溫報警記錄。
實時曲線可以反映當前設備運行的狀況,分析設備這一時段是否正常,可以及時發現問題,解決問題。
歷史曲線可以反映設備過去一段時間的運行情況,分析設備性能變化,及時調整相應的參數,及時更換相應備件等。
2)信息的管理與共享
從圖3,我們可以清楚的看到,壓縮機的實際使用效率是非常低的,主要的問題也不全在壓縮機設備本身,而是,泄漏及系統損耗、不適當的使用和錯覺需求。因此,系統的管理和優化、對需求的實時反應尤為重要,也成為節能的主要方面。
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供氣管理:對整個工廠內部生產所供及所需用氣的計量管理,它可以實時顯示和記錄主管路與各車間的支管路當前的壓縮氣體的壓力、實時流量和累計流量,通過理論計算和數據分析可以判斷出跑、冒、滴、漏的方向與位置,并可根據記錄的數據整理成一條或數條曲線,用于分析管網的流量和供氣壓力的穩定性,同時也可以生成報表,用于生產管理和人員管理。
供水管理:對壓縮站內冷卻水的供水水壓、水溫進行檢測和設備的管理;冷卻水設備作為壓縮站的輔助設備,但是起著非常重要的作用,將直接影響壓縮機的工作狀態和效率,如冷卻水供水不足,則壓縮機高溫,壓縮機的工作效率下降,嚴重的會報警停機導致無法正常供氣。
電力管理:主要是用來記錄壓縮站內設備的用電情況。可以實時監測壓縮站內的壓縮機、冷干機、電機、水泵等設備的運行狀態下的工作電壓、工作電流、瞬時功率及用電量,將監測到的各種數據進行相應的保存,以便后期的查詢需要,也可以與前面的產氣量進行比較分析,找出最佳的比功率;異常時也可以進行故障報警。
氣體品質管理:能耗一般與氣體品質是一對矛盾,在能耗一定情況下,希望氣體品質也不能有絲毫的降低,這才是我們的目標,假如降低了能耗的同時也降低了氣體品質,就有可能成為劣質產品的匯合地。比如一臺微熱吸附式干燥器,為了滿足露點達標,有廠家把再生氣量調大以減少分子篩的裝填量,這種質量成本對能耗的影響是致命的,也應了中國人說的“賣家總比買家精”的根本道理。所以,氣體必須滿足流量和壓力的同時,其含油量、含塵量和含水量也都符合國際或國家標準,才是我們最終的理想目標。
3)大數據的處理與運用
中央監控系統的數據庫或互聯網服務器的數據庫(也稱為云計算) 可以實現大數據的收集和處理,其結構如圖4。
我們認為大數據的挖掘處理和共享才是壓縮站中控與遠程監控的關鍵:數據的處理是提取有效信息的重要途徑,而處理方法是一個多學科的交叉科學,需要我們不斷地優化和尋找適合的數學模型。
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大數據處理的優點如下:
①除可以有效進行設備的監控外,使站內設備的智能化配置,優化系統與用氣終端匹配更為快速;
②分析問題不再因為一個故障而做出結論,而是根據趨勢、根據歷史、根據當前的現象做出全面正確的判斷,避免誤報、誤停的風險;
③值守更為靈活,手機、平板都成為值守的終端設備,沒有地域、時域、人身的限制;
④故障推送完全可以解放我們的關注度,相反,還可以更為準確及時地把握設備的維護商機,比如,三濾,油需要更換,系統會自動給出推送信息;
⑤分級的安全防火墻使得系統更加安全可靠,責任分明、利益分享。
4)對合同能源管理項目的作用
合同能源管理
節能服務公司與用能單位以契約形式約定節能項目的節能目標,節能服務公司為實現節能目標向用能單位提供必要的服務,用能單位以節能效益支付節能服務公司的投入及其合理利潤的節能服務機制。其實質就是以減少的能源費用來支付節能項目全部成本的節能業務方式。這種節能投資方式允許客戶用未來的節能收益為工廠和設備升級,以降低運行成本;或者節能服務公司以承諾節能項目的節能效益、或承包整體能源費用的方式為客戶提供節能服務。
對壓縮站而言,實施步驟如下:
1.能源的檢測與審計;2.節能改造方案設計;3.能源管理合同的談判與簽署;4.項目投資;5.施工、設備采購、安裝及調試;6.人員培訓、設備運行、保養及維護;7.節能及效益監測、保證;8.節能效益分享。
目前,節能公司以售氣或融資租賃的方式為客戶提供服務,其關鍵問題就是與客戶達成能夠被認可的審計和節能改造方案評估,其依據應該是來自中控系統中的計量傳感、變送設備檢測的實時數據、累計數據和歷史大數據。方案實施結束,更需要這些計量數據作為成果分成的依據;對于廠家而言,尤其以售氣為主的企業,上述第6項的遠程監控、遠程維護保養更是離不開中央監控的支持,以減少廠家運行成本費用的開銷。
作為服務于合同能源管理項目的中控系統一般都具有完善的計量用傳感、變送設備的配置,尤其在電能及流量的配置上符合國家計量標準,即可為合同能源管理項目(站) 提供標準的計量手段,中控系統也對應可以設計出可視化的能源實時數據及累計數據庫,進而,給出各種曲線、餅圖、統計報表等分析工具和報表等結論性文件,為合同能源管理項目的各個階段的評估做出可靠的、準確的依據,并做為節能服務公司與用能單位對節能效益分享和結算不可或缺的重要依據。
結語
總之,紅花需要綠葉配。在大家都在提倡“互聯網+”的時候,我們認為“壓縮站設備+互聯網”的概念更為實用和有效。在傳統產業的轉型升級改造中,沒有互聯網不行,但互聯網也不是萬能的,必須以“壓縮站設備+互聯網”的模式對現有壓縮站設備進行改造,挖掘其節能潛力才是我們的首選和要務。我們也希望壓縮機這個傳統產業之花在互聯網的陪伴下開放的更加燦爛。
作者簡介:
郭時鋒:畢業于西安理工大學,擅長自動化領域的PLC控制及系統工程,在壓縮機行業已有十年以上的控制技術經驗。
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