安裝運轉(zhuǎn)大型鋼鐵企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運行的實踐張立，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)運行壓力、運行方式三個主要因素進(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、風(fēng)動工具、冷卻、儀表吹掃、干燥、切割及火焰處理等，是重要動力能源之，因此各個鋼鐵企業(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)備日常運行維護(hù)成本和運行能耗成本。根據(jù)統(tǒng)計，設(shè)備基本建設(shè)和曰常運行維護(hù)的成本只占壓縮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)的運行，降低其運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)泄漏是損失動力的一個連續(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。

　　自動疏水閥故障導(dǎo)致持續(xù)性泄漏自動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，以隨時保持持續(xù)性泄氣。所以，在排水的同時相當(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，僅此一項的泄漏點就達(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)般分動力空氣和儀表空氣兩種模式。空氣經(jīng)壓縮機壓縮后進(jìn)入冷凍機降溫至-5 C的露點，空氣中60%的水分逐漸析出，冷凍干燥后的空氣送入動力空氣管網(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，該流程的主要特點是運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組發(fā)生量的20%以上。隨著用戶新技術(shù)的不斷引進(jìn)，對空氣質(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，目前已達(dá)到50%，空氣質(zhì)量的提高勢必使運行成本增加。

　　1.2空氣管網(wǎng)系統(tǒng)運行壓力高，運行經(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)，空壓機葉輪通過高速旋轉(zhuǎn)改變空氣的動能和壓力，再由靜止的擴壓器進(jìn)步降低空氣的流速，來實現(xiàn)動能向壓力能的變換?？諌簷C排氣壓力增高直接導(dǎo)致空氣運行能耗成本的增大。

　　1.2.1用戶廠房內(nèi)管路設(shè)計缺陷，管道氣體流動損失大，空壓機輸出壓力被迫升高在對用戶關(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)，從管道接入點到*遠(yuǎn)用氣點路途較長，加上廠房內(nèi)空氣管道的流通能力不足，氣體流動時沿程損失較大。

　　武鋼三熱軋初步設(shè)計空氣消耗量為10000m3/h，氣源來自武鋼六空壓站，設(shè)計管道直徑250mm，從三熱軋廠房外接入點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，實際空氣消耗量達(dá)到18000m3 /h，末端空氣壓力實際只有0.3MPa，接入點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，安裝調(diào)壓閥后，在運行設(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，該區(qū)域空壓站的輸出壓力就會隨之升高，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，其他區(qū)域富余的空氣產(chǎn)品也可以通過連通管補充過來。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較小的管徑造成了較大的氣體流動損失，導(dǎo)致壓縮空氣系統(tǒng)運行經(jīng)濟(jì)性降低。

　　1.2.3個別用戶空氣壓力需求過高，導(dǎo)致空壓機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別用戶壓力需求。排除用戶廠房內(nèi)管路設(shè)計缺陷原因，只有三冷軋和硅鋼的局部用氣點要求壓力不低于0.55MPa.而這幾個用氣點的用量只有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來提高整個壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)的壓力，并且排氣壓力升高，壓縮機單機能耗同步升高，這種運行方式增加了整個壓縮空氣系統(tǒng)的運行成本。

　　1.2.4空壓機額定輸出壓力不同導(dǎo)致部分機組放散運行武鋼本部現(xiàn)有的七所空壓站共27臺空壓機，分別建設(shè)于近50年間的不同時期。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.而壓縮機的輸出壓力因為要克服脫水干燥裝置的壓力損失（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就會在防喘振作用下放散運行，不利于空壓機安全和經(jīng)濟(jì)運行。

　　1.3運行方式不優(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，勢必造成流通損失增加。

　　用戶用量不明確導(dǎo)致運行方式調(diào)整困難。

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

　　空壓機因為建設(shè)年代和制造廠家不同，單機能耗差異大。長期運行單機能耗高的空壓機，導(dǎo)致壓縮空氣系統(tǒng)運行能耗成本增加。

　　2降低壓縮空氣系統(tǒng)運行能耗成本的措施2.1及時排查泄漏隱患，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劃，逐步進(jìn)行更換。

　　2009年武鋼編制了能源介質(zhì)管道點檢管理辦法，明確規(guī)定了在日常點巡檢基礎(chǔ)上，每年4月和10月分兩次對壓縮空氣系統(tǒng)上的自動疏水器、管線腐蝕生銹、法蘭墊片、破裂的管路閥門等情況進(jìn)行重點排查，發(fā)現(xiàn)漏點責(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)能及時提示應(yīng)該重點排查和監(jiān)控的部位，以有效對空氣管網(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行空氣管道中使用年限超過30年的管道有28. 3km，在對這些管道進(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劃安排，逐一制定計劃進(jìn)行更換。截至2012年12月，武鋼共更換空氣管道11.74km，有效減少了因為管道腐蝕導(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疏水閥在空壓機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加強空氣設(shè)備的維護(hù)和過程管理保證空壓機氣體冷卻器的工作效果，降低空壓機排氣溫度，減輕空氣冷干機組、吸干機組的負(fù)荷。

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

　　從武鋼使用無熱再生空氣脫水干燥裝置的使用情況來看，雖然運行能耗低但再生放散損耗大，特別是冷凍機運行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）。投入運行后，三熱軋在供氣量沒有發(fā)生變化的情況下，末端用氣點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，使空壓機的輸出壓力下降至0.58MPa.按照此方式，先后對三冷軋、四煉鋼等5個用戶的內(nèi)部輸送管道進(jìn)行局部的優(yōu)化改造。

　　表1實施優(yōu)化措施前后各空壓站的綜合能耗比較空壓站2009年（實施前）2012年（實施后）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。同時由于連通管流通能力增加，以前沒有機會全停的空壓站也能隨時全停以處理設(shè)備隱患，極大增強了保產(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新增了小型空壓機，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，空壓機的輸出壓力也隨之整體下降低空壓機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)化運行方式加強調(diào)度管理職能，將原來的各空壓站單獨控制輸出壓力管理模式改為由調(diào)度室統(tǒng)控制，實行分區(qū)管理。明確每個空壓站主要負(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，對壓力變化較大的空壓站及時優(yōu)化運行方式，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，隨時掌握各用戶消耗情況，及時調(diào)整運行方式，開、停與消耗量變化相匹配的空壓機組，通常采用以大設(shè)備連續(xù)運行為主、小設(shè)備調(diào)峰為輔的運行方式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行的目的。

　　根據(jù)各空壓站空壓機的性能不同，選擇能耗相對低的設(shè)備運行，能耗高的設(shè)備處于備機狀態(tài)。二空壓站現(xiàn)有四臺空壓機，1、2空壓機于1995年投產(chǎn)，單耗0.146kW.h/m3，而3、4空壓機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空壓機運行為主，通過調(diào)整，二空壓站當(dāng)月的能耗水平就下降了0.06kW h/m3.二空壓站空壓機運行模式的調(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實施效果武鋼用3年的時間采取各種措施對壓縮空氣系統(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)化措施實施后，年節(jié)省動力費用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，具有較強的實際應(yīng)用價值。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。，