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典型案例丨“智慧气站”空压站节能的智能化实践

【摘要】：以空压机为代表的动力中心是很多工业企业非常重要的组成部分，也是企业能耗管理重点所在。正是因其特殊性和代表性，动力中心的“智能化”升级，已被看作是传统制造企业拥抱工业互联网，进行产业升级转型的第一步和最佳“切入点”。

以空压机为代表的动力中心是很多工业企业非常重要的组成部分，也是企业能耗管理重点所在。正是因其特殊性和代表性，动力中心的“智能化”升级，已被看作是传统制造企业拥抱工业互联网，进行产业升级转型的第一步和最佳“切入点”。

某钢板制造企业位于中国北方的彩涂钢板集散地山东省，是集建筑钢品设计、生产、贸易、科研于一体的大型民营集团化企业。主营业务包括：聚氨酯板，聚氨酯保温板，聚氨酯复合板、、医疗洁净板、洁净板材、彩钢板、岩棉净化板等保温材料。

空压机是该企业工厂生产动力主要来源，开运体育平台以“智慧气站”解决方案，根据企业现场实际情况，针对空压机无效耗电问题进行改造。

概述：

“智慧气站”解决方案的核心产品是开运体育平台自主研发的方略柜(Rolacab)。方略柜是智慧工业核心引擎MixIOT的机柜部署形式，集成了通讯、采集、计算、控制、存储等功能。方略柜部署在气站现场，使用开运体育平台的工业网关适配器Aprus采集空压机的控制器与电能表、管道的积算仪，用气末端的压力变送器等设备运行参数，再使用网线、Wifi或4G等方式，把采集到的运行参数上报到部署在方略柜中的MixIOT平台，通过MixIOT的动态配载（Dynaload）功能运用科学的算法计算最优空压机组配载策略，控制空压机运行状态。MixIOT对气站设备状态进行呈现、监控、统计、存储、预警，通过大数据分析，对空压机组优化策略进行更合理的调整和优化，也可以提供标准的数据开放接口，用于开发各种应用。还可以根据客户的选择，通过路由器将MixIOT平台处理后的数据上报到云平台，使用电脑、手机app对智慧气站进行远程管理空压机运行状态。

视不同客户的项目现场情况及复杂程度，一般情况下，“智慧气站”解决方案一个月内可完成实施交付。

项目实施前客户气站状况：

客户工厂主要有4个厂房，每个厂房独立使用一台变频空压机，一线、二线、三线厂房之间管道是互通的，厂房与厂房之间的管道中间装有阀门，为常闭状态。四线厂房完全独立，因此，四个厂房可以默认为是相互独立用气。

空压机产生压缩空气主要用于两部分：

1、车间生产用气，提供车间设备用气，气压需保持在0.75Mpa左右。

2、给制氮机供气，生产出氮气供黑料罐和戊烷罐使用，末端气压基本只需保持在0.2Mpa以上即可。

每个车间气站主要由1台空压机+2个储气罐+1根生产用气管道+1根制氮用气管道组成，具体情况如下：

1、空压机：4台，功率：55KW。

2、空压机储气罐：4个，容积：2m³。

3、氮气储气罐：4个，容积：2m³。

4、电能表：4个，一台空压机配一个电表。

5、用气末端压力：分为生产用气和氮气，生产用气直接使用压缩空气；氮气是将压缩空气经过制氮机后分离出用于黑料罐和戊烷罐。

（1）生产用气：压力直接读取空压机排气压力。

（2）氮气末端：

Ø一线，直接读取两个黑料罐压力；

Ø二线，增加压力变送器，读取戊烷罐末端压力。

Ø三线，直接读取三个黑料罐压力，增加压力变送器，读取戊烷罐末端压力。

Ø四线，增加压力变送器，读取黑料罐和戊烷罐共用主管道末端压力。

使用压缩空气的主要生产设备：

1、双带机、带锯机、码垛机、凉床，生产时开机，停产时关机。

2、戊烷罐、黑料罐，生产时开机，停产时需保证罐内压力不处于负压状态，因此需实时监控进行补充压缩空气。

接线图如下：

每条线气站主要耗电设备如下：

上述空压机都是变频空压机，给各个车间提供生产用气和氮气原料输入，车间不生产时，生产用气可关闭，但氮气末端压力，即使不生产时也需要保证末端压力正常。因此，车间空压机需保持24H开启，用于保证氮气末端压力正常，停产状态下，黑料罐和戊烷罐消耗氮气极少。

车间7:50-19:00属于上班时间，夜间不生产；并且车间换线时间较长（大约1-2小时），以及白天不生产的情况。这些情况下，一直将空压机保持开启状态存在很大的能耗浪费。因此，实时监控氮气末端压力，压力正常时关闭空压机，接近异常时，开启空压机，对于节能降耗有很大的帮助。

客户气站能耗分析：

上图为项目实施前一线空压机10天电量消耗和运行情况，可以很明显地看出空压机24小时都处于开机运行状态，即使夜间停产，为保证黑料罐、戊烷罐压力正常，空压机仍然开启着，并且一直处于加载状态，每小时大约有33 kW·h的电量损耗。

另外，从上图还可以看出，白天生产时也有较多的时间处于换线或者停产状态，但空压机也是开启着，并一直处于加载状态，造成电量的浪费。

根据现场了解到，停产或换线时，基本只需要保证黑料罐、戊烷罐压力正常即可，生产不需要用气，而黑料罐和戊烷罐在停产状态下用气量极少，只需偶尔补充氮气罐气体即可，但因为无法实时把控黑料罐和戊烷罐末端压力，为保证安全和后续正常生产，所以只能一直将空压机开启，保证充足供气。

另外换线或停产状态下，产线没有关闭生产用气阀门的习惯，导致压缩空气一直经过生产管道被排放，因此，管道压力一直无法达到卸载压力要求，空压机一直处于加载状态。

通常情况下，造成气站有效利用率较低的原因一般分为以下四种：

1、空压机本身配置调参原因；

2、设备维护不到位，或维保不及时导致；

3、设备、管道规划不合理，及管道密封不好，有漏气发生；

4、生产现场用气与气站机房人员无法实时确认现场用气，以至供需不平衡导致。

根据现场情况和客观条件限制，本次项目主要针对第四种原因制定具体解决方案。

针对该客户的具体方案：

通过上述分析，要优化当前气站有效利用率，主要需解决一个方面的问题，即供需不平衡导致的浪费问题。增加系统自动控制功能，实时监控每个气站黑料罐、戊烷罐的末端压力，当产线停产时，自动关闭空压机，当监控到黑料罐、戊烷罐的末端压力接近最低值时，系统自动开启空压机，及时补充末端氮气，保证末端压力正常。

由此形成的针对该客户的具体控制策略如下：

生产设备状态与空压机对应状态如下：

氮气末端所需压力如下：

项目实施后节能效果：

上图是对一线夜间空压机自动控制后的电量曲线图。

控制前，空压机夜间每小时耗电大约33kW·h,控制后，空压机夜间每小时耗电大约2 kW·h左右。大约平均每小时减少30 kW·h的耗电。一般夜间停产时间大约为10-12个小时，取平均值11小时。因此，一台空压机一晚可节约用电30×11=330 kW·h，一台空压机一个月仅夜间可节约电量近10000 kW·h。