電纜廠空壓系統(tǒng)節(jié)能改造

余德洋

（上海華新麗華電力電纜有限公司，上海 201802）

0 引言

上海華新麗華電力電纜有限公司，從“拉絲”→“絞線”→“成纜”→“擠塑”整個(gè)電纜生產(chǎn)制程，都離不開(kāi)空壓系統(tǒng)的支持，壓縮空氣主要用于氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)和線纜表面的吹干等。公司用電量中，空壓系統(tǒng)的月平均用電量占總用電量的比例高達(dá)23%。在保障生產(chǎn)正常供氣的前提下，通過(guò)優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，是一個(gè)既有挑戰(zhàn)又有意義的方案。

1 現(xiàn)況分析

公司電纜生產(chǎn)設(shè)備共計(jì)60 臺(tái)，為滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要，空壓系統(tǒng)專門配置3 臺(tái)空壓機(jī)24 h 同時(shí)供氣（圖1）。3 臺(tái)空壓機(jī)分別是1#GA90 變頻空壓機(jī)（功率90 kW，額定工作壓力0.8 MPa，最大排氣量17.34 m3/min）、GA75 工頻空壓機(jī)（功率75 kW，額定工作壓力0.75 MPa，最大排氣量13.8 m3/min）和2#GA90 變頻空壓機(jī)（功率90 kW，額定工作壓力0.8 MPa，最大排氣量15.65 m3/min）。

圖1 電纜廠空壓機(jī)現(xiàn)場(chǎng)配置

由于電纜生產(chǎn)制程的特殊性，“拉絲”、“絞線”和“成纜”前端3 個(gè)制程的壓縮空氣均用于設(shè)備氣動(dòng)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)（絞體氣缸裝夾線盤和牽引氣缸夾緊線纜）；末端“擠塑”制程的壓縮空氣用于牽引氣缸夾緊線纜和線纜表面的吹干（加熱擠壓出的線纜經(jīng)過(guò)水槽冷卻后方能成形，成形后表面水汽吹干后才能通過(guò)電氣試驗(yàn)，因此在每個(gè)水槽末端安裝吹干裝置，保證線纜通過(guò)電氣試驗(yàn)）。氣缸裝夾和夾緊作業(yè)均是氣體保壓狀態(tài)，而線纜表面吹干純粹是排放氣狀態(tài)。

在廠區(qū)配置空壓系統(tǒng)時(shí)，電纜生產(chǎn)四段制程采用3 臺(tái)空壓機(jī)串聯(lián)管路集中供氣。由于末端制程（擠塑制程）需對(duì)線纜表面吹干，一直處于排放氣狀態(tài)，為確保前端及本制程氣缸0.6 MPa的工作狀態(tài)，3 臺(tái)空壓機(jī)經(jīng)常處于滿載狀態(tài)，頻繁的加載卸載勢(shì)必增加電能損耗。

統(tǒng)計(jì)2018 年上半年空壓系統(tǒng)能耗，空壓機(jī)月平均用電量的比例高達(dá)24%，月平均電費(fèi)9.375 萬(wàn)kW·h/月×0.93 元/kW·h×1000≈8.7 萬(wàn)元。估算空壓機(jī)年用電費(fèi)用高達(dá)8.7 萬(wàn)元/月×12月＝104.4 萬(wàn)元。

2 空壓系統(tǒng)優(yōu)化

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)資料收集及分析，決定利用學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)和綠色制造的理念對(duì)空壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，從“人”、“機(jī)”、“料”、“法”、“環(huán)”五方面擬定改造方案。

（1）“人”——提高員工節(jié)能意識(shí)。方案可行，效果有限，不能根本解決。

（2）“機(jī)”——軟啟動(dòng)或變頻空壓機(jī)方案。兩臺(tái)GA90 空壓機(jī)已是變頻空壓機(jī)，設(shè)備幾乎滿負(fù)荷全天運(yùn)轉(zhuǎn)而節(jié)能效果有限，沒(méi)余地。

（3）“料”——工業(yè)風(fēng)機(jī)替代。未在市場(chǎng)上找到能提供恒定且持久壓力風(fēng)機(jī)。

（4）“法”——管路分離。將氣源改為兩路，一路為吹干氣源，一路為高恒定壓力氣壓源。這樣，吹干線纜表面對(duì)壓縮空氣的壓力和壓力精度要求低的優(yōu)點(diǎn)就可以得到利用，不必一直工作，能耗自然就少了，可行。

（5）“環(huán)”——根據(jù)線徑大小配置對(duì)應(yīng)的吹干裝置，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行供氣，降低浪費(fèi)，可行。

2.1 管路分離改造

根據(jù)生產(chǎn)訂單，與制造部門協(xié)調(diào)生產(chǎn)排程，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了改造方案的模擬測(cè)試。

（1）氣缸恒定壓力氣源。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在不對(duì)線纜吹干的前提下，1 臺(tái)GA90 變頻空壓機(jī)可保證正常生產(chǎn)（0.6 MPa±0.02 MPa），同時(shí)兼顧添置新設(shè)備用氣需求。

（2）線纜表面吹干氣源。在氣壓穩(wěn)定情況下，調(diào)壓至0.16 MPa時(shí)仍能滿足正常生產(chǎn)需求?？紤]到用氣高峰時(shí)壓力20%波動(dòng)，壓力參數(shù)設(shè)置為0.2 MPa。通過(guò)評(píng)估采用1 臺(tái)GA75 空壓機(jī)斷續(xù)滿載工作和1 臺(tái)GA90 變頻空壓機(jī)工作的配置。

通過(guò)3 天模擬改造測(cè)試，空壓系統(tǒng)月均用電量為9.375萬(wàn)kW·h，則日均為9.375×1000÷26（天）≈3606 kW·h。模擬改造后，平均日節(jié)約電量3606-2910=696 kW·h，能耗降低約19%。由此可以看出空壓系統(tǒng)的節(jié)電空間還有很大的潛力。該項(xiàng)優(yōu)化改造管道分離方案如圖2 所示，除了分離管道之外，還增加了切換閥門，提升連續(xù)生產(chǎn)的能力，降低停產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 管路分離方案示意圖

受建廠之初管道配置影響，1#GA90 空壓機(jī)可利用原有供氣管道專供設(shè)備氣缸保壓件用氣；2#GA90 空壓機(jī)和GA75 空壓機(jī)專供線纜吹干用氣，重新進(jìn)行布管和對(duì)應(yīng)的改造。主供氣管路采用DN40 無(wú)縫鋼管，分供氣管路采用DN15 無(wú)縫鋼管從主管路上方連接，減少壓縮空氣中冷凝水進(jìn)入支路；沿途增加自動(dòng)泄水裝置從主管路下方連接，有利于壓縮空氣中冷凝水收集及排放，提升壓縮空氣品質(zhì)。

2.2 吹干裝置改善

現(xiàn)場(chǎng)一直采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的吹干裝置，未考慮線徑大小，同時(shí)直接采用手動(dòng)球閥控制，存在壓縮空氣浪費(fèi)現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)廠內(nèi)擠塑設(shè)備吹干裝置的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及分析，并結(jié)合生產(chǎn)工藝及試驗(yàn)要求，將吹干裝置改善為兩類，降低能源的浪費(fèi)。

（1）Φ90 擠塑機(jī)（含）以上機(jī)臺(tái)（Φ150/Φ120），因?yàn)樯a(chǎn)線徑大（擠包后外徑為30～70 mm），采用可調(diào)式圓環(huán)型（兩個(gè)半圓環(huán)組成）吹干裝置，選用不銹鋼材料。優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)線徑調(diào)整大小，同時(shí)可避免被電纜引線接頭撞壞，耐用防腐蝕；圓環(huán)上吹氣孔按環(huán)裝分布，氣流呈錐形匯集，可快速吹干線面水跡。

（2）Φ90 擠塑機(jī)以下機(jī)臺(tái)（Φ75/Φ70/Φ65/Φ45），因生產(chǎn)線徑?。〝D包后外徑為2.5～23 mm），采用翻蓋式箱型吹干裝置，選用尼龍材料。優(yōu)點(diǎn)是Φ90 擠塑機(jī)以下可通用，操作方便且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，箱內(nèi)采用密集型氣孔錯(cuò)位分布吹干，同時(shí)機(jī)臺(tái)上可減少一個(gè)吹干裝置，也可實(shí)現(xiàn)線面快速吹干。

除了吹干裝置的改善之外，另在吹氣裝置前端加裝調(diào)壓過(guò)濾器（調(diào)至工作狀態(tài)0.2 MPa，過(guò)濾雜質(zhì)，提升供氣品質(zhì)）和聯(lián)動(dòng)裝置（機(jī)動(dòng)氣通，機(jī)停氣斷），深挖節(jié)能空間。經(jīng)過(guò)上述優(yōu)化改造，線面吹干符合生產(chǎn)工藝及電氣試驗(yàn)要求。線纜吹干裝置改善前后如圖3 所示。

圖3 線纜吹干裝置改善前后

3 效果確認(rèn)

公司空壓系統(tǒng)經(jīng)過(guò)對(duì)供氣空壓機(jī)的重新分配和管道分離（根據(jù)不同用氣類型），以及線纜吹干裝置（根據(jù)不同線徑）等一系列的優(yōu)化改造，于2018 年12 月底開(kāi)始啟用至今（2019年1 月—5 月），空壓系統(tǒng)供氣滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求?？諌合到y(tǒng)用電比例從改造前的24%，降低到改造后的18%，由此可見(jiàn)空壓系統(tǒng)依然是電纜廠的用電大戶，這也與行業(yè)的生產(chǎn)工藝特殊性有關(guān)（壓縮空氣被用與線纜表面的吹干直排）?？諌合到y(tǒng)改造后月均用電為5.614 萬(wàn)kW·h。改造前月均用電為9.375 萬(wàn)kW·h，由此可得：每月可節(jié)約用電9.375-5.614=3.761 萬(wàn)kW·h；每月可節(jié)約電費(fèi)37.61×1000×0.93≈3.5 萬(wàn)元；每年可節(jié)約電費(fèi)3.5×12=42 萬(wàn)元。改造前后能耗降低了40%，遠(yuǎn)超出預(yù)期目標(biāo)。

本次空壓系統(tǒng)改造費(fèi)用共計(jì)31 萬(wàn)元，計(jì)劃一年內(nèi)即可收回投資成本。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)電纜廠空壓系統(tǒng)進(jìn)行了一系列的節(jié)能優(yōu)化改造，公司獲得有形效益的同時(shí)，還獲得了豐厚的無(wú)形效益——全員“節(jié)能降耗”的意識(shí)都得到了顯著提升，并專門成立了節(jié)能小組。針對(duì)本次的節(jié)能改造，獲得的啟發(fā)和收獲如下。

（1）建廠設(shè)施配置時(shí)，要合理布設(shè)管線，以降低后期對(duì)生產(chǎn)的影響和能源的浪費(fèi)。

（2）生產(chǎn)設(shè)備盡可能選用節(jié)能機(jī)型，比如選用變頻空壓機(jī)、變頻熱風(fēng)機(jī)和變頻電機(jī)等。

（3）在用的設(shè)備，不要忽視“跑”、“冒”、“滴”、“漏”等問(wèn)題，正是這些小問(wèn)題的累積，造成了后期能源浪費(fèi)的不斷攀升。

（4）對(duì)于高能耗的老舊設(shè)備，要適時(shí)汰舊換新或節(jié)能改造，進(jìn)而達(dá)到降低故障率及節(jié)能增效的目標(biāo)。

（5）“節(jié)能降耗”是我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策，也是企業(yè)的生存之本。深挖節(jié)能潛力，從身邊做起，還要“學(xué)以致用”勇于去創(chuàng)新，去實(shí)踐。