基于物联网的空压机节能改造_李晟楠.pdf

ANZHUANG2023年第3期60技 术 交 流 Technology Exchange李晟楠1 张荣贵2 张静2 李成忠2 白树荣2 罗宇2 卢勇2（1.昆明理工大学津桥学院 昆明 650106；2.云南建投矿业工程有限公司 昆明 650217）摘 要：高速公路隧道施工中，空压机作为主要施工设备，其电耗占据整个隧道施工电耗的65%，使空压机电耗降低是未来隧道施工企业节能改造的核心。本文以云岭雪邦山隧道进口7台空压机机组改造为依据，基于物联网为核心技术，结合空压机的运行特性和现场情况，对空压机进行实时监测，通过联调、启停等相关控制，有效减少空压机空载运行时间，降低电耗和控制成本，经物联网节能系统改造后空压机机组节能率达8.5%。关键词：物联网 节能改造 空压机组电耗 单位能耗中图分类号：U455.3+2 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）03-0060-03基于物联网的空压机节能改造压缩空气在工业领域占据主导地位，是工业领域应用最广泛的第四大能源，特别是在工矿业企业中平均能耗占整个企业的20%左右1。据统计，空气压缩机（以下简称空压机）电耗占工业能耗的8%10%，全国空压机耗电量约为3000亿kWh/a，但是其有效能耗只占66%，其余34%的能量（约1020亿kWh/a）被白白浪费。1 项目概况云岭雪邦山隧道进口施工采用7台开山BK132-8空压机为凿岩机钻眼提供动力。改造前，多台空压机在同一供气系统内运行，由于用气量的变化，会导致一台或多台空压机处于长期空载或睡眠状态。这些空压机耗电但不做工，在钻眼时因不能很好衡量实际需风量，通常是人员到空压机站启动、停止7台空压机，不能有效降低空压机空载运行时间，达到电耗降低和成本的控制目标。在云岭雪邦山隧道进口引入物联网技术对7台机组进行改造，即采取在现有设备基础上加上物联网控制系统（设备节能+运行节能）方式，使空压机物联网控制系统以上位机的身份，根据终端用气流量和压力的需求，统筹安排系统内空压机启动、停止、加载、卸载的合理分配，让空压机用之即来，不用则停，从而有效降低空压机空载运行时间，达到电耗降低和成本的控制目标。2 造成空压机运行能量浪费的主要原因（1）空压机空载率高。空压机长期空载运行，空载电耗达到机组功率的45%左右2。（2）空压机单位能耗高低，主要在于单级压缩和双级压缩机头的使用。通常，空压机双级压缩机头比单级压缩机头节约8%左右的单位能耗其主要原因是：一般隧道施工用空压机，空压机双级压缩机头的第一级压力为0.3MPa，二级压缩接力一级压缩最终压力为0.8MPa，压缩机进、排气端压差小，气体回流损失小，所以压缩效率就高。而单级压缩相对双级压缩，压缩机进、排气端压差大，气体回流损失大，所以压缩效率相对低。但与此同时，压缩机头是空压机压机的核心部件，其占了整台空压机40%50%的价值，双级压缩空压机比单级压缩空压机的价格要昂贵许多。常用的一台单级压缩132kW的空压机售价在7万元12万元，一台双级压缩132kW的空压机售价在16万元25万元，双级压缩空压机的投资相对比较大。（3）空压机管道问题。管道漏气、通径、排水等问题，如果管道压力为0.7MPa，1个直径为1mm的小孔漏气量是0.12Nm3/min，年损失为0.12Nm3/mm60min24h365d0.13元/m3=8199元，空压机管道每1km约损失0.050.08MPa的压力。（4）空压机选型不合理。空压机的流量受当地海拔、温度、湿度等影响，压力受管道直径、长度、高差等影响。（5）空压机机房的环境。环境温度、湿度的高低，粉尘的大小都影响空压机压缩效率，尤其隧道施工行业空压机进洞和不进洞使用，运行及保养成本区别很大。61INSTALLATION2023.3Technology Exchange 技 术 交 流3 空压机物联网节能控制系统在施工中的应用3.1 系统组成空压机物联网节能控制系统是硬软件级联控制，底层通过传感器采集各台机组的事实运行数据，包括：压力、电流、电压、温度、湿度、运行时长和机组运行情况，并将采集到的数据通过LCD显示屏显示3。通过公共总线（Common Bus）实现数据之间的传输和信息交换。把采集到的数据传输到处理器（CPU）进行数据处理和控制，可实现空压机的无线启停，联调等功能。把处理后的数据和结果在云服务器存储并通过无线通信网传输到PC或手机端，实现管理层级对每台空压机运行情况的实时监督。空压机物联网节能控制系统示意图见图1。3.3 系统功能空压机物联网节能控制操作系统主要由现场施工人员进行操作，该操作系统具备开机、关机、加载、卸载、一键启停、日志查看、信号强度示意和参数设置等功能，方便施工人员实时对空压机进行控制。整个机组的控制操作平台具备每台空压机的独立启停功能。4 空压机物联网系统改造前后空载率及单位能耗对比4.1 系统改造前后空载率对比以云岭雪邦山隧道进口7台空压机机组改造为依据。据统计，改造前，总运行时间累计64,373h，负载时间累计48,171h，空载时间累计16,202h，经计算，负载率为74.83%，空载率为25.17%；改造后，总运行时间累计545h，负载时间累计512h，空载时间累计33h，经计算，负载率为93.94%，空载率为6.06%（见图2、图3）。图1 空压机物联网节能控制系统示意图3.2 系统分级空压机物联网节能控制系统采用分布式集散控制（DCS），分为三个层级，分别是施工员层级、工程师层级和管理员层级4。施工员层级可对空压机进行无线启停；工程师层级则对空压机运行情况进行监督和调控，若出现运行故障，报警等情况可及时获得信息反馈并进行及时调整；管理员层级则可以通过客户端了解每台空压机运行情况，并定位每台空压机位置，通过对空压机运行情况的监督分析做出相应决策。通过该物联网控制系统的实施可以实现智能启停、恒压供气、手机APP远程控制系统、云服务器建立支持数据统计及记忆功能，最终实现降低空压机空载率的目标。图2 物联网系统改造前空载率统计643734817116202010000200003000040000500006000070000总运行时间（h）负载时间（h）空载时间（h）（h）图3 物联网系统改造后空载率统计545512330100200300400500600总运行时间（h）负载时间（h）空载时间（h）（h）4.2 系统改造前后单位能耗对比以云岭雪邦山隧道进口7台空压机机组改造为依据。据统计，改造前，电量净值累计235,064.9kWh，产气量净值累计1,678,480.52Nm3；改造后，电量净值累计ANZHUANG2023年第3期62技 术 交 流 Technology Exchange钟振茂（上海市安装工程集团有限公司 上海 200080）摘 要：很多燃气电站建设在城市区域或城市周边，离噪声敏感区域较近，排放的噪声对周边环境的影响较大。本文以某新建城市燃气电站的噪声治理为例，分析了各区域噪声源情况，通过噪声预测和噪声治理措施，使各厂界昼夜间噪声均达标，可为类似城市燃气电站噪声治理提供借鉴。关键词：燃气电站 低碳环保 噪声治理中图分类号：TM621 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2023）03-0062-04大型城市燃气电站噪声治理技术1 工程概况某新建大型燃气电站地处城市郊区，根据城市区域发展规划，该区域周边要有大型居民社区，故需采取噪声控制措施。根据政府环评批复文件要求，该电站厂界排放噪声应达到GB 12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准2类标准（即昼间Leq60dB（A），夜间Leq50dB（A），敏感点应达到GB 3096-2008声环境质量标准2类标准（即昼间Leq60dB（A），夜间Leq50dB（A）。为此，该电站在设计阶段开展了全站的噪声控制工作，如高噪声设备布置时尽量远离厂界和敏感点，选用低噪声设备等，并采取了一系列噪声控制措施，以保证厂界和敏感点噪声达标。2 各区域噪声源分析该燃气电站建设两台9F燃机-蒸汽联合循环机组，根据燃气电站各功能区域的特点，通常可将厂区划分为主厂房区域（含燃气轮机和汽轮机）、余热锅炉区域、变压器区域、天然气调压站区域、机械通风冷却塔区域以及辅助厂房区域等几个功能区域。各区域的噪声源情况分析如下：38,221.7kWh，产气量净值累计298,275Nm3。将改造前后数据代入单位能耗公式：，计算得到：改造前单位能耗为：；改造后单位能耗为：。节能率为：。根据以上计算可知，空压机机组在物联网节能控制系统改造前空载率高达25.17%，而在改造后空载率降低到6.06%，同比空载率降低19.11%，空载率的降低意味着空压机的运行效率更高，有效减少耗能，改造后节能率达8.5%。5 结语节能降耗是企业生存发展的坚实基础，是提高企业竞争力的有效途径，更是企业不可推卸的社会责任。通过现有设备加上物联网控制系统的一套统筹控制来降低空压机空载率，提高运行效率，有效减少单位能耗，从而降低电费支出、提高利润空间，实现了内涵式高质量。参考文献：1万红生，孟源.基于物联网技术的智慧空压机应用研究J.物联网技术，2020，10（11）：99-101.2茅青.全生命周期压缩空气系统节能实例J.上海节能，2021（6）：634-639.3秦勇，王荣华，张振生.空压机节能控制系统的数字与智能化应用研究J.中国设备工程，2021（15）：36-37.4杨林.基于物联网的空压机远程监控及管理系统D.杭州：浙江工商大学，2017.