安裝運(yùn)轉(zhuǎn)大型鋼鐵企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)踐張立，潘浩，劉昕，王波（武漢鋼鐵集團(tuán)氣有限責(zé)任公司，湖北省武漢市青山區(qū)白玉山430083）統(tǒng)泄漏損失、空氣管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壓力、運(yùn)行方式三個(gè)主要因素進(jìn)行分析，敘述采取的優(yōu)化措施和取得的經(jīng)濟(jì)效益。

　　從事空分設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行管理工作。

　　刖言壓縮空氣在大型鋼鐵企業(yè)中主要用于氣壓傳動(dòng)、風(fēng)動(dòng)工具、冷卻、儀表吹掃、干燥、切割及火焰處理等，是重要?jiǎng)恿δ茉粗?，因此各個(gè)鋼鐵企業(yè)均建有龐大復(fù)雜的壓縮空氣系統(tǒng)。例如武漢鋼鐵集團(tuán)（以下簡稱：武鋼）本部空壓站的數(shù)量隨著集團(tuán)的發(fā)展陸續(xù)增多，由*初的所空壓站、兩套150m3/h空分設(shè)備，陸續(xù)擴(kuò)大為目前擁有七所空壓站，總供氣量達(dá)到34萬m3/h的規(guī)模。

　　壓縮空氣系統(tǒng)的全壽命周期總成本包括三大部分，即設(shè)備基本建設(shè)成本、設(shè)備日常運(yùn)行維護(hù)成本和運(yùn)行能耗成本。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)備基本建設(shè)和曰常運(yùn)行維護(hù)的成本只占?jí)嚎s空氣全壽命周期總成本的25%左右，而壓縮空氣系統(tǒng)每年運(yùn)行能耗成本約占系統(tǒng)總成本的75%.因此，如何優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行，降低其運(yùn)行能耗成本是鋼鐵企業(yè)非常重視的問題。

　　1壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗成本增加的原因分析1.1壓縮空氣系統(tǒng)泄漏損失大壓縮空氣系統(tǒng)泄漏是損失動(dòng)力的一個(gè)連續(xù)根源，導(dǎo)致大量的壓縮空氣泄漏至系統(tǒng)外部，造成能源介質(zhì)損失，是增加壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗*主要的因素。

　　空氣管道泄漏量大武鋼本部現(xiàn)有管徑大于50mm的空氣管道超過125km，全部露天敷設(shè)，有些管道還處在高溫、潮濕、具有腐蝕性的環(huán)境中，經(jīng)常發(fā)生管道銹蝕穿孔導(dǎo)致泄漏故障。

　　自動(dòng)疏水閥故障導(dǎo)致持續(xù)性泄漏自動(dòng)疏水閥是壓縮空氣系統(tǒng)中*不起眼、*不被重視的配件，卻是管路泄漏的*大元兇。管道中的銹蝕物、顆粒狀粉塵沉積在疏水閥中，極易造成疏水閥堵塞或卡阻而無法關(guān)閉。疏水閥一旦堵塞，很難修復(fù)，為了不影響管路排水，必須稍開旁通閥，以隨時(shí)保持持續(xù)性泄氣。所以，在排水的同時(shí)相當(dāng)數(shù)量的空氣泄漏至系統(tǒng)外部。武鋼本部壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)上的排水閥數(shù)量達(dá)1000多只，如果控制不好，僅此一項(xiàng)的泄漏點(diǎn)就達(dá)1000多處，所造成的泄漏損失非常驚人。

　　空氣脫水裝置再生氣消耗量大在大型鋼鐵企業(yè)中，空氣供應(yīng)般分動(dòng)力空氣和儀表空氣兩種模式?？諝饨?jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凍機(jī)降溫至-5 C的露點(diǎn)，空氣中60%的水分逐漸析出，冷凍干燥后的空氣送入動(dòng)力空氣管網(wǎng)。在冷凍干燥器后串接吸附干燥裝置，使空氣露點(diǎn)進(jìn)一步降低至-40C，作為系統(tǒng)的儀表空氣。武鋼本部空壓站的空氣脫水干燥裝置均采用無熱再生流程，該流程的主要特點(diǎn)是運(yùn)行能耗低但再生放散損耗大，吸附劑解吸所需再生氣的消耗量占空壓機(jī)組發(fā)生量的20%以上。隨著用戶新技術(shù)的不斷引進(jìn)，對(duì)空氣質(zhì)量的要求日益提高，儀表空氣占總空氣量的比率呈逐年上升的趨勢(shì)，目前已達(dá)到50%，空氣質(zhì)量的提高勢(shì)必使運(yùn)行成本增加。

　　1.2空氣管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壓力高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性不佳空氣壓力也是衡量空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，空壓機(jī)葉輪通過高速旋轉(zhuǎn)改變空氣的動(dòng)能和壓力，再由靜止的擴(kuò)壓器進(jìn)步降低空氣的流速，來實(shí)現(xiàn)動(dòng)能向壓力能的變換?？諌簷C(jī)排氣壓力增高直接導(dǎo)致空氣運(yùn)行能耗成本的增大。

　　1.2.1用戶廠房內(nèi)管路設(shè)計(jì)缺陷，管道氣體流動(dòng)損失大，空壓機(jī)輸出壓力被迫升高在對(duì)用戶關(guān)于空氣壓力使用的調(diào)查中，部分用戶反映廠房內(nèi)末端用氣點(diǎn)壓力不足，而這些用戶廠房內(nèi)空氣管道般按照樹狀敷設(shè)，從管道接入點(diǎn)到*遠(yuǎn)用氣點(diǎn)路途較長，加上廠房內(nèi)空氣管道的流通能力不足，氣體流動(dòng)時(shí)沿程損失較大。

　　武鋼三熱軋初步設(shè)計(jì)空氣消耗量為10000m3/h，氣源來自武鋼六空壓站，設(shè)計(jì)管道直徑250mm，從三熱軋廠房外接入點(diǎn)至末端用戶的空氣管道長達(dá)500m，并且采用樹狀工藝布置，如所示。投產(chǎn)以后，由于三熱軋工藝變化等原因，實(shí)際空氣消耗量達(dá)到18000m3 /h，末端空氣壓力實(shí)際只有0.3MPa，接入點(diǎn)到末端用戶的管道壓力損失超過0.2MPa，生產(chǎn)無法進(jìn)行。為了滿足三熱軋的正常生產(chǎn)要求，被迫采用在六空壓站出口總管上安裝調(diào)壓閥組，將六空壓站空壓機(jī)的輸出壓力提高至0.75MPa，使三熱軋末端壓力達(dá)到0.生產(chǎn)。但是六空壓站大量空氣必須通過調(diào)壓閥減壓后輸送到壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)，造成能耗損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，安裝調(diào)壓閥后，在運(yùn)行設(shè)備相同的情況下，六空壓站電耗增加了1.2.2空壓站站點(diǎn)多、分布廣、管線長，管道流通損失大在大型鋼鐵企業(yè)中，為了保產(chǎn)的可靠性，空氣輸送系統(tǒng)通常采用環(huán)網(wǎng)輸送。武鋼本部現(xiàn)有的七所空壓站，分布在武鋼25km2的各個(gè)區(qū)域，各站所間均有專管連通。受各空壓站供氣的范圍限制，當(dāng)某一區(qū)域用氣量減少時(shí)，該區(qū)域空壓站的輸出壓力就會(huì)隨之升高，富余的部分空氣產(chǎn)品就通過連通管輸送到其他需要的站所區(qū)域；反之，當(dāng)某區(qū)域用氣量增加時(shí)，其他區(qū)域富余的空氣產(chǎn)品也可以通過連通管補(bǔ)充過來。但由于空壓站投產(chǎn)年限相差較大，且部分空壓站還經(jīng)歷過擴(kuò)建，原有的連通管已經(jīng)無法滿足調(diào)配富余空氣產(chǎn)品的需求，較長的連通管線和相對(duì)較小的管徑造成了較大的氣體流動(dòng)損失，導(dǎo)致壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。

　　1.2.3個(gè)別用戶空氣壓力需求過高，導(dǎo)致空壓機(jī)排氣壓力被迫提高空氣環(huán)網(wǎng)輸送雖然提高了系統(tǒng)保產(chǎn)的可靠性，但是受輸送壓力的限制無法滿足個(gè)別用戶壓力需求。排除用戶廠房內(nèi)管路設(shè)計(jì)缺陷原因，只有三冷軋和硅鋼的局部用氣點(diǎn)要求壓力不低于0.55MPa.而這幾個(gè)用氣點(diǎn)的用量只有500m3/h，僅占總空氣輸送量的0.16%，為了保障三冷軋和硅鋼的正常生產(chǎn)，不得不通過增開空壓機(jī)來提高整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力，并且排氣壓力升高，壓縮機(jī)單機(jī)能耗同步升高，這種運(yùn)行方式增加了整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

　　1.2.4空壓機(jī)額定輸出壓力不同導(dǎo)致部分機(jī)組放散運(yùn)行武鋼本部現(xiàn)有的七所空壓站共27臺(tái)空壓機(jī)，分別建設(shè)于近50年間的不同時(shí)期。由于空氣輸送能力不斷增加，輸送系統(tǒng)上的缺陷等因素導(dǎo)致用戶的壓力需求不斷提高，壓縮機(jī)的額定輸出壓力由*早的0.65MPa逐漸升高至0.8MPa.為了滿足壓縮空氣系統(tǒng)大部分用戶的壓力需求，壓縮空氣經(jīng)脫水干燥裝置送到系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力要求高于0.而壓縮機(jī)的輸出壓力因?yàn)橐朔撍稍镅b置的壓力損失（通常高于0.1MPa），―般高于0.65MPa.這種情況下，額定輸出壓力低的壓縮機(jī)就會(huì)在防喘振作用下放散運(yùn)行，不利于空壓機(jī)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　1.3運(yùn)行方式不優(yōu)化導(dǎo)致壓縮空氣系統(tǒng)綜合能耗局壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗成本高除了系統(tǒng)本身缺陷外，人為控制、管理不到位也是重要因素之一。在大型鋼鐵企業(yè)中，壓縮空氣系統(tǒng)以保產(chǎn)性質(zhì)為主，運(yùn)行方式、生產(chǎn)調(diào)度組織是否優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)是常常被忽視的環(huán)節(jié)。

　　各空壓站的輸出壓力單獨(dú)控制、有高有低、調(diào)配不好導(dǎo)致管道流通損失大。用戶離空壓站越近，管道流通損失越小。如果離空壓站近的用戶空氣用量有限，該空壓站的空氣必須通過連通管向較遠(yuǎn)的區(qū)域輸送，勢(shì)必造成流通損失增加。

　　用戶用量不明確導(dǎo)致運(yùn)行方式調(diào)整困難。

　　武鋼本部空壓站配備有從3000m3/h到30000m3/h的各種型號(hào)的空壓機(jī)，當(dāng)管網(wǎng)壓力下降后，由于不知道用戶消耗增加多少，如果啟動(dòng)了大于用戶增加消耗量的設(shè)備，就會(huì)造成整個(gè)空氣管網(wǎng)壓力提高，導(dǎo)致能耗浪費(fèi)。

　　空壓機(jī)因?yàn)榻ㄔO(shè)年代和制造廠家不同，單機(jī)能耗差異大。長期運(yùn)行單機(jī)能耗高的空壓機(jī)，導(dǎo)致壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗成本增加。

　　2降低壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗成本的措施2.1及時(shí)排查泄漏隱患，降低空氣放散損耗2.1.1有效減少管道泄漏量定期展開壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的全面普查，及時(shí)處理管道泄漏，減少管道泄漏量，并且根據(jù)管網(wǎng)使用年限和腐蝕情況制定計(jì)劃，逐步進(jìn)行更換。

　　2009年武鋼編制了能源介質(zhì)管道點(diǎn)檢管理辦法，明確規(guī)定了在日常點(diǎn)巡檢基礎(chǔ)上，每年4月和10月分兩次對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)上的自動(dòng)疏水器、管線腐蝕生銹、法蘭墊片、破裂的管路閥門等情況進(jìn)行重點(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)責(zé)令相關(guān)部門限期整改。

　　2010年武鋼引入電子管網(wǎng)化系統(tǒng)，將管網(wǎng)上管道、閥門、法蘭、管廊支架等的建設(shè)年代、維修情況等信息全部錄入系統(tǒng)，使系統(tǒng)能及時(shí)提示應(yīng)該重點(diǎn)排查和監(jiān)控的部位，以有效對(duì)空氣管網(wǎng)進(jìn)行在線管理。通過電子管網(wǎng)化系統(tǒng)的管理，首先篩查出武鋼本部在運(yùn)行空氣管道中使用年限超過30年的管道有28. 3km，在對(duì)這些管道進(jìn)行進(jìn)一步的現(xiàn)場排查后，根據(jù)管道的腐蝕情況和用戶檢修計(jì)劃安排，逐一制定計(jì)劃進(jìn)行更換。截至2012年12月，武鋼共更換空氣管道11.74km，有效減少了因?yàn)楣艿栏g導(dǎo)致的管道泄漏。

　　2.1.2根據(jù)不同部位的使用環(huán)境選擇不同形式的空氣自動(dòng)疏水閥在空壓機(jī)出口等水含量較大的部位安裝浮球式疏水閥，這種疏水閥的*大優(yōu)點(diǎn)就是能夠有效收集空氣中的水分，排放損失小。但是鐵銹等雜質(zhì)極易集聚在排放口和浮球中間，導(dǎo)致排放口堵塞或閥門卡阻，造成疏水閥不排放或持續(xù)性排放。所以在壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)上特別是使用年限長的管道上選擇帶過濾器的倒置桶式疏水閥，并且定期清洗疏水閥中的過濾器。武鋼從2009年開始選擇性更換壓縮空氣系統(tǒng)上的疏水閥200多只，雖然一次性投入較大，但是使用效果非常明顯，一方面減少了壓縮空氣系統(tǒng)上的無效排放，另一方面降低了維護(hù)成本。

　　2.1.3加強(qiáng)空氣設(shè)備的維護(hù)和過程管理保證空壓機(jī)氣體冷卻器的工作效果，降低空壓機(jī)排氣溫度，減輕空氣冷干機(jī)組、吸干機(jī)組的負(fù)荷。

　　降低冷凍機(jī)的故障率。冷凍機(jī)工作正常與否直接關(guān)系到進(jìn)入吸干機(jī)的空氣中的水含量，從而影響吸附劑再生所需的再生氣大小。由試驗(yàn)可知，在相同進(jìn)氣量條件下，進(jìn)吸干機(jī)空氣溫度升高1C，滿足相同露點(diǎn)再生氣的消耗量就增加1%3%.加強(qiáng)吸干機(jī)的維護(hù)。吸干機(jī)雖然結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，但是由于切換頻率高（每3分鐘切換1次），閥門動(dòng)作頻繁，故障率較高。針對(duì)此種情況，加強(qiáng)對(duì)吸干機(jī)的點(diǎn)巡檢管理，及時(shí)更換出現(xiàn)故障的閥門；對(duì)吸附劑使用情況進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)更換失效吸附劑。

　　從武鋼使用無熱再生空氣脫水干燥裝置的使用情況來看，雖然運(yùn)行能耗低但再生放散損耗大，特別是冷凍機(jī)運(yùn)行5年后，故障率增高，設(shè)備維護(hù)成本增加。所以武鋼準(zhǔn)備將現(xiàn)有的無熱再生空氣脫水干燥裝置逐步更換為微熱再生流程。

　　2.2優(yōu)化管網(wǎng)結(jié)構(gòu)降低空壓機(jī)輸出壓力及綜合能耗2.2.1將末端壓力不足并且廠房內(nèi)采用樹狀布置的管道改為環(huán)狀布置2009年3月，武鋼三熱軋從就近的壓縮空氣管道上敷設(shè)新管道與末端管道相連，將廠房內(nèi)部的空氣管道改為環(huán)狀布置（如所示）。投入運(yùn)行后，三熱軋?jiān)诠饬繘]有發(fā)生變化的情況下，末端用氣點(diǎn)空氣壓力比之前上升0.18MPa，既滿足了三熱軋生產(chǎn)需要，又取消了六空壓站出口的調(diào)壓閥功能，使空壓機(jī)的輸出壓力下降至0.58MPa.按照此方式，先后對(duì)三冷軋、四煉鋼等5個(gè)用戶的內(nèi)部輸送管道進(jìn)行局部的優(yōu)化改造。

　　表1實(shí)施優(yōu)化措施前后各空壓站的綜合能耗比較空壓站2009年（實(shí)施前）2012年（實(shí)施后）出口壓力年平均值/MPa綜合能耗/（kWh/m3）出口壓力年平均值/MPa綜合能耗2.2.2優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)輸送管道，減少管道流通損失空壓站的DN600mm的連通管，管道投用后解決了各空壓站輸出壓力不平衡的問題，減少了氣體流通損失。同時(shí)由于連通管流通能力增加，以前沒有機(jī)會(huì)全停的空壓站也能隨時(shí)全停以處理設(shè)備隱患，極大增強(qiáng)了保產(chǎn)的可靠性。

　　2.2.3將空氣壓力需求過高且用量小的用戶從系統(tǒng)管網(wǎng)脫離與三冷軋和硅鋼兩家單位進(jìn)行大量的前期溝通工作，并得到武鋼的認(rèn)可后，2011年，兩家單位分別專為需求壓力高的用氣點(diǎn)新增了小型空壓機(jī)，并保留原空氣管道作為備用氣源。壓力需求過高的用戶從壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)脫離后，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力穩(wěn)定在0.53MPa，空壓機(jī)的輸出壓力也隨之整體下降低空壓機(jī)額定輸出壓力采取了系列措施后，在保證用戶壓力需求的前提下，空壓機(jī)的輸出壓力可以控制在0.65MPa以下，原來受額定輸出壓力限制的空壓機(jī)組的放散量明顯減少。

　　2.3合理組織生產(chǎn)調(diào)度，優(yōu)化運(yùn)行方式加強(qiáng)調(diào)度管理職能，將原來的各空壓站單獨(dú)控制輸出壓力管理模式改為由調(diào)度室統(tǒng)控制，實(shí)行分區(qū)管理。明確每個(gè)空壓站主要負(fù)責(zé)供應(yīng)的用戶單位，調(diào)度員密切關(guān)注各空壓站的出口系統(tǒng)壓力，對(duì)壓力變化較大的空壓站及時(shí)優(yōu)化運(yùn)行方式，以達(dá)到減少管道壓降、各空壓站壓力平衡的目的。

　　充分利用武鋼能源管理系統(tǒng)平臺(tái)，隨時(shí)掌握各用戶消耗情況，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行方式，開、停與消耗量變化相匹配的空壓機(jī)組，通常采用以大設(shè)備連續(xù)運(yùn)行為主、小設(shè)備調(diào)峰為輔的運(yùn)行方式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

　　根據(jù)各空壓站空壓機(jī)的性能不同，選擇能耗相對(duì)低的設(shè)備運(yùn)行，能耗高的設(shè)備處于備機(jī)狀態(tài)。二空壓站現(xiàn)有四臺(tái)空壓機(jī)，1、2空壓機(jī)于1995年投產(chǎn)，單耗0.146kW.h/m3，而3、4空壓機(jī)2008年投產(chǎn)，單耗0. h/m3.根據(jù)此情況，規(guī)定在正常情況下二空壓站以3、4空壓機(jī)運(yùn)行為主，通過調(diào)整，二空壓站當(dāng)月的能耗水平就下降了0.06kW h/m3.二空壓站空壓機(jī)運(yùn)行模式的調(diào)整取得了成功，隨后將該方法應(yīng)用到其他空壓站，都取得了明顯的效果。

　　3實(shí)施效果武鋼用3年的時(shí)間采取各種措施對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，各空壓站出口壓力和綜合能耗均有大幅下降（見表1），取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　優(yōu)化措施實(shí)施后，壓縮空氣系統(tǒng)綜合能耗下降h/m3，按照2009年武鋼空氣總產(chǎn)量228.619x107m3/h計(jì)算，總耗電量減少：萬kW在空氣產(chǎn)量不變的情況下，優(yōu)化措施實(shí)施后，年節(jié)省動(dòng)力費(fèi)用960萬元。

　　4總結(jié)目前我國大型鋼鐵企業(yè)的壓縮空氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本相同，主要由空氣壓縮、空氣干燥、管路輸送、用戶用氣點(diǎn)分布等系統(tǒng)組成，根據(jù)鋼鐵企業(yè)的規(guī)模及用戶耗氣量的不同，合理優(yōu)化管網(wǎng)、加強(qiáng)泄漏量的控制、減少管網(wǎng)壓降損失，即提高了壓縮空氣系統(tǒng)的保產(chǎn)安全性，又能節(jié)省大量的能耗，具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。武鋼在壓縮空氣系統(tǒng)建設(shè)中也走過不少的彎路，但是經(jīng)過不斷地摸索，找到了適合自身特點(diǎn)的優(yōu)化改造道路，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益，希望能給同行以借鑒。，