引言空压机是压缩空气制成高压空气，以提供气体压力能的机械，是工业制造的主要动力源[1]，为压气站场仪表风系统提供动力气。空压机的能源消耗中电能的消耗，占总消耗约77%；其次是维护费用，占总消耗18%；而设备投资只占到总成本的5%[2]。因此，推动在工业生产节能改造成为一种趋势。1背景介绍仪表风系统是油气站场运行的重要组成部分，主要起到了给气动装置提供动力气，为压缩机组轴承润滑油提供封严等作用，是直接影响压缩机组能否安全、平稳、高效运行的主要辅助系统。空压机是仪表风的气源动力。目的站场有新老井两条管线，由于管线建立时期不同，对新老井两条管线配有两套仪表风系统，其中两台复盛SA-75A空压机专门为老井管线提供仪表风；两台阿特拉斯ZT110空压机专门为新井管线提供仪表风，空压机的产用气量极不平衡，一台空压机大马拉小车，不开影响生产，开起来大量放散[3]，改造前新老井两条管线系统及空压机系统3D布局如图1及图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.F001图1改造前新老井两条管线系统布局图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.F002图2改造前新老井两条管线空压机系统3D布局图两套仪表风系统相对独立，互不影响。通过实际分析调查，发现两条管线能耗较高，并存在容易停机风险。如若某一个系统的两台空压机均出现故障，将导致对应的压缩机组停机。由此提出假设，如果将复盛SA-75A空压机和阿特拉斯ZT110空压机的两套系统整合为一套，可以互为补充、相互备用的仪表风系统，将使压气站整个仪表风系统在耗能更少的基础上，可靠性将大大增加。但其难度较大，两台不同型号空压机整合为一套系统其运行参数调整将面临巨大挑战；同时在实际现场中空压机管线的切割及连接需进行动火动土作业，管线连接的位置选取也具有一定难度。在保证机组正常运行条件下，制定空压机改造方案，优化仪表风系统流程，调整机组运行参数，以实现提高设备可靠性、达到节约能源的目的。2设备优化与分析2.1控制参数调整通常空压机系统设计或设备选型都是按照最大负荷条件进行的，并留有余量。但在实际运行过程中，应根据具体需求调整供气量[4]。若将新老管线连成一个系统，首先应对空压机设备进行参数调整，使其能提供足够的仪表风保证整个系统的运行需求，对空压机参数调节主要分为以下两个方面：（1）调整机组运行压力带。机组运行压力带，即机组启停机值，目的站场空压机在单一管线下原压力带为0.75 MPa～0.90 MPa。若将新老井管线相连，将必须增大空压机运行压力带，由原压力带调整为0.74 MPa～0.92 MPa的压力带。（2）调整机组卸载停机时间。应尽可能缩短阿特拉斯空压机卸载时间，以达到节能的目的。但是为了减小电机轴和空压机轴由于负载急剧变化带来的机械伤害，保证每次卸载后都能将空压机内的高压空气吹扫干净，缓慢冷却机头内部转动部件，提高空压机运行寿命，需要机组处于卸载状态运行一段时间，不宜直接停车。参考产品使用说明书及查阅相关资料，将阿特拉斯空压机卸载停车时间由原来的30 min调整至10 min。通过空压机运行参数的调整, 实现了空压机自动模式下的节能运行, 即空压机在高气压时停机，在低气压时开机的间歇式运行[5]，降低了压缩机组所需气动力要，减少了空压机耗能损失。2.2将老井线仪表风管网与新井线仪表风管网连通在新老空压机房外空压机储气罐区域，将老井线和新井线的仪表风管网连通，在两套仪表风系统储气罐的出口汇管处进行动火连接作业，在动火处加装等径三通，并加装联络球阀，其中联络球阀用法兰连接。通过设置两套空压机系统不同的启机压力，阿特拉斯空压机组作为在用机组，复盛空压机组作为热备用机组。可以每周手动启动复盛空压机运行10 min，确保复盛空压机的完好备用。正常情况下运行两台阿特拉斯ZT110空压机，当两台阿特拉斯ZT110发生故障，将紧急自动启动两台复盛SA-75A空压机，持续为仪表风系统提供压力，保证站内压缩机的安全运行，避免因辅助空气系统供气故障而造成压缩机停机，避免空压机过度运行及排放压缩空气造成动力损失，最终实现节能降耗[6]。由于新老井建造时期不同，在压气站出现新井线与老井线两条线路，为了管网与工艺设备的优化，将两条管线中的空压机系统进行改进。3优化效果与结论3.1优化效果在空压机系统参数调整及新老井管线动火作业下，该设计及其配套的工艺流程将新老井管线和空压机有机地结合，使其从原来的1备1用变为改造后的1备3用，降低了能耗，节约了成本，简化了原有工艺，大大提高了输气管线的运行安全，也更大限度地保证了输气质量，具体效果图如图3及图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.F003图3改造后新老井管线和空压机结合流程图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.F004图4改造前新老井两条管线有两套仪表风系统3D布局图地面集输管网工程是地面工程的主体工程，是—个投资巨大、内容复杂的系统。地面集输管网的优化，即明确气井与集气站的最佳归属关系、最优网络布局以及最优管径组合。此次改造主要是对设备在管网中的优化，将两条新老管线中的设备进行有效联系，可节约成本，保证站场机组更加有效进行。3.2经济效益3.2.1节约电费空气压缩机长时间的运行对达到节能降耗的目的是不利的[7]，当两台RR机组同时运行时，以24 h内运行数据为例，RR机组24 h内运行数据如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.T001表1RR机组24 h内运行数据项目功率/kW运行台时/h1#复盛SA-75A7562#复盛SA-75A7511#阿特拉斯ZT110116.482#阿特拉斯ZT110116.40全年空压机总耗电量计算如下：总耗电量=功率×运行时间(1)Q1=(6+1)×75×365+8×116.4×365=531 513 kWh。当1台RR机组和1台GE机组同时运行时，24 h内运行数据如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.T002表21台RR机组和1台GE机组24 h运行功率项目功率/kW运行台时/h1#复盛SA-75A7542#复盛SA-75A7501#阿特拉斯ZT110116.422#阿特拉斯ZT110116.43Q2=75×4×365+116.4×(2+3)×365=324 930 kWh。当1台RR机组和1台GE机组同时运行时，在优化过后，计算24 h内运行数据如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.T003表3一台RR机组和一台GE机组优化后24 h运行功率项目功率/kW运行台时/h1#复盛SA-75A7502#复盛SA-75A7501#阿特拉斯ZT110116.432#阿特拉斯ZT110116.44Q3=(3+4)×116.4×365=29 7402 kWh。由计算可知，当1台RR机组和1台GE机组同时运行时，全年可节约电量为27 528 kWh，以0.89元/kWh计算，折合2.45万元。根据压缩机组运行方式的不同，通过空压机组节能运行优化，每年节省的电费将达到2.5万元到9.5万元之间。由此可以看出此次节能优化改造，提高了空压机的运行效率，实现空压机的经济运转[8],节约电费，降低成本。3.2.2节约维护保养费用在空压机的维修保养期间，需要拆除原设计隔离阀门所在的管段才能更换滤芯[9]，费时耗力，其保养费用也居高不下。节能改造后的仪表风系统主要由两台阿特拉斯ZT110空压机供给，而两台复盛SA-75A空压机长期处于热备状态。因此在对两台复盛SA-75A空压机进行大型维护、保养时，许多部件根据机组状态不需要频繁更换。阿特拉斯空压机保养周期为半年，分为春季保养和秋季保养，无论运行时间长短，都必须进行两次保养。复盛空压机保养周期以运行时间计算，即运行累计时间到达保养时间后进行保养，以阿特拉斯空压机为主机可以减少复盛空压机的保养频率，降低保养费用。对仪表风系统改造复盛前空压机春、秋两季单次保养时主要更换的部件及其价格如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.02.011.T004表4仪表风系统改造复盛前单次保养价格备件名称数量单价/元总价/元合计31 175.82复盛SA-75A干燥机自动排水器41 759.687 038.72复盛SA-75A滤水杯21 799.463 598.92复盛SA-75A空气过滤器2540.541 081.08复盛SA-75A除油器过滤器滤芯41 799.467 197.84复盛SA-75A油细分离器滤芯25 210.0110 420.02复盛SA-75A油过滤器滤芯4459.811 839.24由表4可以看出，对空压机节能运行改造后，单次的空压机维护、保养费用可节省31 175.82元，春、秋两季保养合计减少支出约为6.24万元。节约电费和节省的维护保养费用两项加起来，每年的节约的费用最多可达15.74万元。对比目的站场空压机节能运行改造前后，可以看出其在站场运行效率显著提高，随着复盛空压机与阿特拉斯空压机变为互为备用，站场中新老管网由两个独立系统整合为一个高效、安全的新系统。整个站场输气管线得到了优化，其压缩机组的安全性，稳定性也得到了有力保障。同时，在经济效益方面，空压机的节能运行改造大大降低站场每年对设备保养及电费能耗的投资成本，提高了设备的利用率，保证了站场安全平稳运行。4结语在我国实现压缩空气系统节能正成为一个迫切的研究课题[10]，空压机组的节能改造将是站场合理化高效运行的一种趋势。在新老井存在情况下，站场的新老管线、站场的仪表风系统构成和运行情况，采取以上措施可以达到节能的目的。调研发现，在很多压气站中，输气管线并不止一条，在每一条输气管线都配备相适应一套完整设备，但投资消耗巨大，有些设备雷同且重复。为了更高效利用设备，降低成本，将站场设备进行优化，有较强的推广性和广阔的应用前景。随着我国对工业节能减排观念的深入，空压机组等相关设备的节能改造技术将会不断完善和改进，有效推动各压气站场全面优化的进步与发展。