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二十七.压缩机站设备在互联网+趋势下的节能探究
二十七.压缩机站设备在互联网+趋势下的节能探究
压缩站设备中压缩机肯定是主要设备,站内的压缩机可以是一种类型的压缩机,也可以是多种类型混合在一起的压缩机群;为了保证进、出气的品质,当然,前后处理设备也是必不可少的,如:各种过滤器(包括自洁式过滤器)、冷冻式和吸附式干燥器、排水器;还有一些辅助设备:如冷水机等,对于工艺气压缩机辅助和配套设备就更多。由于压缩机是一种能量转换设备,它的主要功能是把电能转化为压缩能。因此,生产成本中这一块的费用是不可估量的,加之,压缩站是由上述众多设备组成,加上值机、维护、设备折旧和管理人员的费用,这也就是很多专家提出的气、电不等价的原因,气价是远远高于电价的。
压缩机的工作过程也是一个变工况、变负荷的过程,对于压缩站而言,更需要协调和管理好数台各类压缩机应对工况、负荷的变化,并且协调好各种辅助设备,有效地利用数台各类压缩机的效能,使其效率发挥到最大最优。
压缩机节能是一个系统工程,除站内设备的效率改进以外,传输管路及终端设备也是改造的重点,本文试图通过对站内设备的管理来提升其节能效率。“压缩站设备!互联网”的目的在于管控站内设备,使其达到在设备管理层能有效维护设备做到无人值守、负荷调配、故障预判及故障分析、记录实时及历史趋势、有功功率和无功功率的可视化分析与记录、远程维护及大数据分析处理等等。
物联网与互联网对压缩站设备的影响
物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。反映到我们压缩站就是站内设备间通过现场总线可以无缝地进行数据的交换,使得设备更加智能化,互相之间可以相互协调,再加上中央监控系统的整体调控浑然一体,使得系统更加优化和健壮,现在所说的互联网也包括移动互联网的概念,即通过公共移动网络对设备信息的浏览和信息的交换。空压站监控系统一般分三层网络结构,现场设备层、连锁控制层、上位机监控层组成,现场设备层主要完成设备本机的控制功能,同时预留通讯接口,可以向连锁控制层传输现场设备的运行数据;连锁控制层主要是读取现场设备层的数据和控制现场设备,同时把获取的数据送至上位机监控系统;上位机监控系统是把从下面获取的数据进行展示和分析,起到集中管理和控制设备的目的。
其系统结构示意如下(图1):
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采用互联网技术后,压缩站具有两大好处,一是:工况状态可视化,数据记录自动化,无人值守或少人值守成为可能,值守环境舒适化;二是:为实现节能提供了多方位、多角度的处理方法和手段。
物联网与互联网对压缩机站设备节能的影响
压缩机本身的节能厂家已经做出了很多努力,比如,变频机、永磁变频机、两级压缩等等,都是从压缩机自身的能效方面所做的努力,然而,一个空压站系统包括很多工况状态对压缩机效率的影响,如:配置的后处理设备是否是第四代的节能产品、循环水的温度是否满足冷却的条件、排污阀是否是无耗气的节能产品……等等,压缩机再节能,配套设备不节能也是枉然,因此,控制所有设备的连锁运行成为互联网节能的最大目标和优势。具体实现如下:
1)网络技术实现传统的连锁节能控制更为容易和灵活:
确保供气压力的稳定,根据压力曲线的陡峭程度来判断启动设备的数量和大小;开机时先开大设备以保证后面的用气,对于具有变频机的系统,可以由变频机进行微调;
均衡每台设备的运行时间,运行时间长的后启先停,运行时间短的先启后停;
自学习控制算法保证机组供气压力稳定,最小能耗运行;
最优的控制算法,避免空压机的频繁加卸载和启停机;
故障设备智能切除, 自动开启新的设备。
以上传统技术已证明在压缩站运行中起到了非常重要的节能作用,类似的手段还有很多,不再赘述。上面的技术可以在系统中选择性使用,要看系统的种类和用途,并不是适合任何压缩站的情况。
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上位机监控系统主要由实时数据采集与监控、实时报警、数据分析、运行报表等四部分组成,实时监控主要完成数据采集、显示设备动态流程、显示设备运行状态、参数修改、远程控制;实时报警主要是设备报警信息的实时显示、记录历史报警信息、故障的确认、故障的问题分析等;数据分析主要是利用实时曲线、历史曲线进行分析设备运行情况,优化控制过程;运行报表主要包含生产报表、运行报告、报警报表和交接班记录,主要用来管理设备和节能分析,如图2。
可实现采集空压机的各个温度、压力、电流等数据,空压机运行、故障、加卸载等状态,同时可以控制空压机的启停,方便操作人员管理空压站设备,提高效率。
可以查询节能监控空压站系统内包括设备的全部报警信息,并将其进行逐一的分类。报警信息内包含设备编号、设备名称、报警时间和报警信息内容,可以让客户直观的看到设备报警的原因,便于故障的快速处理。
为了快速查找报警信息,节能监控系统提供了日期选择的功能,同时提供了单台设备和全部设备的选择功能。报警记录包括空压机报警记录、冷干机报警记录、水泵报警记录、电机报警记录、变频器报警记录、水压报警记录和水温报警记录。
实时曲线可以反映当前设备运行的状况,分析设备这一时段是否正常,可以及时发现问题,解决问题。
历史曲线可以反映设备过去一段时间的运行情况,分析设备性能变化,及时调整相应的参数,及时更换相应备件等。
2)信息的管理与共享
从图3,我们可以清楚的看到,压缩机的实际使用效率是非常低的,主要的问题也不全在压缩机设备本身,而是,泄漏及系统损耗、不适当的使用和错觉需求。因此,系统的管理和优化、对需求的实时反应尤为重要,也成为节能的主要方面。
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供气管理:对整个工厂内部生产所供及所需用气的计量管理,它可以实时显示和记录主管路与各车间的支管路当前的压缩气体的压力、实时流量和累计流量,通过理论计算和数据分析可以判断出跑、冒、滴、漏的方向与位置,并可根据记录的数据整理成一条或数条曲线,用于分析管网的流量和供气压力的稳定性,同时也可以生成报表,用于生产管理和人员管理。
供水管理:对压缩站内冷却水的供水水压、水温进行检测和设备的管理;冷却水设备作为压缩站的辅助设备,但是起着非常重要的作用,将直接影响压缩机的工作状态和效率,如冷却水供水不足,则压缩机高温,压缩机的工作效率下降,严重的会报警停机导致无法正常供气。
电力管理:主要是用来记录压缩站内设备的用电情况。可以实时监测压缩站内的压缩机、冷干机、电机、水泵等设备的运行状态下的工作电压、工作电流、瞬时功率及用电量,将监测到的各种数据进行相应的保存,以便后期的查询需要,也可以与前面的产气量进行比较分析,找出最佳的比功率;异常时也可以进行故障报警。
气体品质管理:能耗一般与气体品质是一对矛盾,在能耗一定情况下,希望气体品质也不能有丝毫的降低,这才是我们的目标,假如降低了能耗的同时也降低了气体品质,就有可能成为劣质产品的汇合地。比如一台微热吸附式干燥器,为了满足露点达标,有厂家把再生气量调大以减少分子筛的装填量,这种质量成本对能耗的影响是致命的,也应了中国人说的“卖家总比买家精”的根本道理。所以,气体必须满足流量和压力的同时,其含油量、含尘量和含水量也都符合国际或国家标准,才是我们最终的理想目标。
3)大数据的处理与运用
中央监控系统的数据库或互联网服务器的数据库(也称为云计算) 可以实现大数据的收集和处理,其结构如图4。
我们认为大数据的挖掘处理和共享才是压缩站中控与远程监控的关键:数据的处理是提取有效信息的重要途径,而处理方法是一个多学科的交叉科学,需要我们不断地优化和寻找适合的数学模型。
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大数据处理的优点如下:
①除可以有效进行设备的监控外,使站内设备的智能化配置,优化系统与用气终端匹配更为快速;
②分析问题不再因为一个故障而做出结论,而是根据趋势、根据历史、根据当前的现象做出全面正确的判断,避免误报、误停的风险;
③值守更为灵活,手机、平板都成为值守的终端设备,没有地域、时域、人身的限制;
④故障推送完全可以解放我们的关注度,相反,还可以更为准确及时地把握设备的维护商机,比如,三滤,油需要更换,系统会自动给出推送信息;
⑤分级的安全防火墙使得系统更加安全可靠,责任分明、利益分享。
4)对合同能源管理项目的作用
合同能源管理
节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标,节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务,用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润的节能服务机制。其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。这种节能投资方式允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级,以降低运行成本;或者节能服务公司以承诺节能项目的节能效益、或承包整体能源费用的方式为客户提供节能服务。
对压缩站而言,实施步骤如下:
1.能源的检测与审计;2.节能改造方案设计;3.能源管理合同的谈判与签署;4.项目投资;5.施工、设备采购、安装及调试;6.人员培训、设备运行、保养及维护;7.节能及效益监测、保证;8.节能效益分享。
目前,节能公司以售气或融资租赁的方式为客户提供服务,其关键问题就是与客户达成能够被认可的审计和节能改造方案评估,其依据应该是来自中控系统中的计量传感、变送设备检测的实时数据、累计数据和历史大数据。方案实施结束,更需要这些计量数据作为成果分成的依据;对于厂家而言,尤其以售气为主的企业,上述第6项的远程监控、远程维护保养更是离不开中央监控的支持,以减少厂家运行成本费用的开销。
作为服务于合同能源管理项目的中控系统一般都具有完善的计量用传感、变送设备的配置,尤其在电能及流量的配置上符合国家计量标准,即可为合同能源管理项目(站) 提供标准的计量手段,中控系统也对应可以设计出可视化的能源实时数据及累计数据库,进而,给出各种曲线、饼图、统计报表等分析工具和报表等结论性文件,为合同能源管理项目的各个阶段的评估做出可靠的、准确的依据,并做为节能服务公司与用能单位对节能效益分享和结算不可或缺的重要依据。
结语
总之,红花需要绿叶配。在大家都在提倡“互联网+”的时候,我们认为“压缩站设备+互联网”的概念更为实用和有效。在传统产业的转型升级改造中,没有互联网不行,但互联网也不是万能的,必须以“压缩站设备+互联网”的模式对现有压缩站设备进行改造,挖掘其节能潜力才是我们的首选和要务。我们也希望压缩机这个传统产业之花在互联网的陪伴下开放的更加灿烂。
作者简介:
郭时锋:毕业于西安理工大学,擅长自动化领域的PLC控制及系统工程,在压缩机行业已有十年以上的控制技术经验。
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