[发明专利]单机或空压站形式的压缩空气系统相对能效的分析方法

说明书

本发明涉及压缩空气系统运行监测技术，旨在提供一种单机或空压站形式的压缩空气系统相对能效的分析方法。对于以单机形式运行的压缩空气系统，根据压缩机的等温冷却功率计算单机压缩机的相对能效；对于以空压站形式运行的压缩空气系统，获取各单机压缩机的相对能效数据后，对指定时段内各单机压缩机的相对运行能效取平均值，以不同设备在指定时段内运行时间的比例为权重，计算空压站指定时段内相对运行能效模型。本发明首次引入了相对能效分析的概念，直观反应设备的相对状态；引入基于设备运行时间比例权重的概念，给出运行台时都在变化的空压站的整体运行能效；实现不同环境工况、生产荷载条件下，单机以及空压站整体能效的高精度可视化分析。

本案申请是中国发明专利申请“压缩空气系统绝对能效和相对能效的分析方法”的分案申请，原申请的申请日为2019年02月12日；申请号为201910111932.6。

技术领域

本发明涉及压缩空气系统运行监测技术，特别涉及单机或空压站形式的压缩空气系统相对能效的分析方法。

背景技术

在冶金、有色、钢铁、化工和石化等行业中，压缩空气作为重要的能源，其系统为典型的非线性动力系统，运行直接受到多变环境工况和生产荷载强度的影响，运行过程整体而言复杂多变。这样一个复杂的系统，传统设计、运行和维护所能够监测的参数为一系列相互耦合的工艺参数，如压缩机的排气压力、流量、排气温度、各级进出口压缩空气温度、电机电压、电机电流、电机功率、进口导叶开度、旁通阀关度等等。这些参数存在的问题是本身都是耦合参数，很难根据其中一项判定系统运行状态，尤其是能效状态。而考虑到压缩空气随工况的变化，实际运行过程中，现场所采用的控制参数多为系统压力和电机电流。这两个参数的控制都结合压缩机进口导叶开度和旁通关度，基于压缩机的防喘振特性来进行。

对于压缩空气系统的设计体系而言，由于气体在压缩工程中复杂的热动力特性，传统的设计方式分析压缩机效率多采用基于各种假设条件的三种模型：绝热模型、等温模型和多变模型。实际运行中，考虑到多级冷却模式(水冷和风冷)，效率分析的参照选取最佳的等温过程做为参照依据(绝热条件难满足、多变过程太复杂)。在这样的分析条件下，压缩空气系统的压比直接受到环境工况的影响。但是，实际运行过程中，却缺少分析监测环境工况对压缩机运行状态影响的文献。另外，传统分析方法中，即便考虑了环境工况，所监测的压比往往是压缩机排气压力与吸气口大气压力的比值。这一点从本质上就存在问题，问题表现为压缩机进口都设有相应的过滤段(自洁式或者进口自带过滤)，大气压力需要在离心机进口吸入作用下，首先经过过滤段。经过该段，必然有局部阻力损失，且该损失的取值直接受环境清洁程度的影响。或者说，对于压缩机而言，实际有效的压比不应该是吸气口大气压力，而应该是进口过滤段后，气体的压力取值。这是传统监测中存在的一个直接问题，这个问题的另一面是，由于缺乏对进口段气体压力的有效检测，过滤器阻力的监测往往就较为模糊，导致过滤器的清洗、运维和更换都缺少直接客观的依据。

即便是在这种存在问题的监测条件下，实际上，用户得到的关于压缩机运行能耗的参数往往只是电机运行的电流、电压、功率和功率因数以及用电量的取值。以离心机和螺杆机为例分析，对于离心机压缩机而言，其进口导叶开度每调整一个角度，离心机的特性曲线就会变化一次。这是设备本身特性复杂导致的问题，但是导叶开度对压缩空气系统运行特性影响的监测数据确是极度缺乏的。即便是监测了进口导叶开度随工况的变化情况，但由于所监测的各项参数的耦合特性，也难以断定其对压缩机运行能效的影响。对应螺杆机而言，虽然是容积式的，其排气的体积流量基本与环境工况无关。但是，对于压缩空气系统而言，压力的维持实际上是受质量流量的控制，也就是说，螺杆机在同一地点，随春夏秋冬变化，其实际产气量、相应的运行能效状态其实是变化的。另外螺杆机多通过加卸载和变频来实现匹配系统运行压力的变化控制，这从另外一个角度提升了其运行能效分析的复杂性。速度式和容积式的压缩机都存在同样的问题，而对于复杂链式流程的压缩空气系统，往往是由多台空压机并联组成的体系，整个空压站就更加缺少运行能效监测分析体系了。