輪胎廠空壓機鼓風式吸干機改造經濟效益分析

宋月濤，冷建，宋曰鑫，岳云利，尚榮武，程建建，李超民，秦增輝

(山東萬達寶通輪胎有限公司，山東 東營 257000)

1 項目實施背景

1.1 國家能耗管控碳排放指標背景

隨著全球氣候問題的加劇，世界范圍內對于減緩氣候變化, 減少二氧化碳排放的呼聲越來越高。低碳發展成為各國共識。發達國家率先提出并實施了一系列低碳經濟和減排政策，取得了一定成效, 我國作為發展中國家，本著負責任大國的態度履行著我國碳排放義務。

2020 年，中國政府首次向國際社會宣布了中國碳排放的目標，提出了二氧化碳排放力爭在 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年實現碳中和。各級地方政府為了該目標的達成，不斷提出相應的對策措施。

具體到輪胎行業，山東省作為輪胎大省，目前年產量占到全國產量的一半以上，從2021 年開始已經將輪胎行業納入“ 雙高” 行業進行管理，逐步開展相關淘汰政策，全鋼年產能低于120 萬套的輪胎廠將陸續被淘汰關停。輪胎行業電能消耗主要集中在密煉車間和動力車間，分別能占到全廠能耗的40% 左右，動力車間空壓機的耗電占到80% 以上，因此如何有效降低空壓機耗電量，成為輪胎行業持續關注的研究課題。

1.2 輪胎企業目前空壓機配置和壓縮空氣消耗情況

山東萬達寶通輪胎有限公司全鋼廠區目前有一部，二部，工程胎三個空壓站，總共配備空壓機11 臺，產氣量160 m3/min，每小時運行費用達到825 元。輪胎企業生產過程中壓縮空氣消耗量主要集中在成型車間成型設備、硫化車間硫化機和密煉車間炭黑氣力輸送設備?？諌簷C多集中布置在空壓站，通過管道輸送到需要的設備處，一般在進入使用設備前配備儲氣罐，儲氣罐作用主要是緩沖和過濾壓縮空氣，防止壓縮空氣內含有的雜志和水分進入到氣動元件內，對其造成不可逆轉的損傷。尤其是冬季來臨之后氣溫比較低，壓縮空氣的露點控制不好，會在輸送過程中產生大量的水，從而對相關氣動元件造成一定的損傷，使氣動元件故障率提高，增加了維修勞動強度和維修費用。

1.3 輪胎企業壓縮空氣傳統干燥方式介紹

壓縮空氣在生產中需要經過管道到達氣動設備和用氣端，而壓縮空氣中通常含有水、油、塵等雜質，其來源于空氣，如果不進行處理，會損壞管道，損壞氣動設備，以及接觸產品導致產品工藝下降。所以需要配置壓縮空氣凈化設備（也叫空壓機后處理設備）來對壓縮空氣中的雜質進行凈化，空壓機干燥機就是其中用來去除水份的設備。如圖1 所示為傳統微熱再生干燥機，從流程圖可以看出，干燥機再生時，需要耗費相當于干燥機入口氣量10%～15% 的壓縮空氣才能達到干燥的目的，這些壓縮空氣都被排放到大氣中。

圖1 微熱再生吸附式干燥機 流 程 圖

1.4 由于傳統壓縮空氣干燥方式造成的一系列問題

萬達寶通公司目前使用的干燥機為微熱再生干燥機，經過對現場實際使用情況進行檢測發現如下幾個問題：

（1）一部空壓站：空壓機（50+38+40+40+40）m3/min→冷干機（42 m3/min 杭州超濾）×5→吸干機（42 m3/min 杭州溢達）×5，2016 年03 月設備，實測壓力露點2～3 ℃。

（2） 二部空壓站：空壓機（40+40+40）m3/min×3→冷干機（42 m3/min 杭州溢達）×3→吸干機（42 m3/min 杭州溢達）2011 年05 月設備實測壓力露點-2～-3℃

（3）工程胎空壓站：空壓機（25+25+30）m3/min×3→冷干機（32 m3/min 杭州溢達）×2→吸干機（32 m3/min 杭州溢達）×2。2016 年03 月實測壓力露點-9～-13 ℃，30 min 切換一次，耗氣量很大

目前經過實測，空壓站普遍存在露點不達標，設備耗氣量高，能耗高。經分析：微熱吸附式干燥機實際耗氣量10%～15% 之間，露點不好的主要問題是吸附劑的質量性能跟吸干機整體設計壓力容器塔體的容積小，填充量小，還有耐溫100 ℃，150 ℃，這個溫度不足以支撐吸附劑充分再生溫度180 ℃，實測觀察加熱溫度才95 ℃。實際使用過程中，現場生產設備經常出現壓縮空氣內含有水分的情況出現，甚至造成壓力不穩定，氣動元件如氣缸、電磁閥等出現卡頓漏氣等情況。

2 輪胎企業壓縮空氣鼓風式干燥方式介紹

目前新式干燥機主要有如下幾個類別

（1）微熱吸干機為PB 鼓風式吸干機（壓力露點-40 ℃，平均耗氣量≤3%）；

PB 鼓風式吸干機流程說明：

吸附過程和普通再生干燥機相同，都是從底部從下而上的進行。再生過程主要是兩大步驟，加熱和冷吹。

以下是加熱過程（圖2）：設備周圍的大氣通過鼓風機被吸入，改氣體被加熱器加熱提溫，被加熱的氣體從上而下對A 塔進行熱再生，塔中的水分被蒸發帶出系統外。

圖2 微熱吸干機為PB 鼓風式吸干機加熱示意圖

以下是冷吹過程（圖3），加熱器停止加熱，通過控制器控制切換閥門，從干燥機出口引干空氣

圖3 微熱吸干機為PB 鼓風式吸干機冷吹示意圖

從上而下對A 塔進行冷卻，冷吹后的氣體通過再生排氣閥排出。

（2）PBZ 鼓風零氣耗吸干機（壓力露點-40 ℃，平均耗氣量0）

PBZ 鼓風式吸干機流程說明：

吸附過程和普通再生干燥機相同，都是從底部從下而上的進行。再生過程主要是兩大步驟，加熱和冷吹。

以下是加熱過程（圖4）：設備周圍的大氣通過鼓風機被吸入，改氣體被加熱器加熱提溫，被加熱的氣體從上而下對B 塔進行熱再生，塔中的水分被蒸發帶出系統外。

圖4 PBZ 鼓風零氣耗吸干機加熱過程

圖5 是PBZ 鼓風零氣耗吸干機冷吹過程，加熱器停止加熱，通過控制器控制切換閥門，空氣通過冷卻器冷卻后從下而上對B 塔進行冷卻，由于冷吹溫度較低，因此在冷吹過程中空氣被干燥，改干燥后的空氣通過鼓風機密閉循環，直到塔的溫度被冷卻。

圖5 SBZ 鼓風式吸干機流程圖

圖5 PBZ 鼓風零氣耗吸干機冷吹過程

（3）SBZ 鼓風零氣耗吸干機（壓力露點-10～-20℃，平均耗氣量0）

PBZ 鼓風式吸干機流程說明：

該機型是連續操作的雙吸附塔設計。工作過程一塔再生，另一塔干燥。 假設①號塔處于干燥狀態，②號塔處于再生狀態。整個工作周期：4 h，2 h 干燥，2 h 再生。時間可調，

加熱階段：鼓風機吸外部環境空氣進入加熱器進行加熱，加熱后的熱空氣進入②號塔對吸附劑進行加熱再生，最后經消音器排出。

冷吹階段：鼓風機吸外部環境空氣進②號塔對加熱完畢的吸附劑進行冷吹，最后經消音器排出。

3 三種鼓風式干燥機技術參數和經濟效益對比分析

三種新式的鼓風式干燥機相對于傳統干燥機解決了額外消耗壓縮空氣的固有特性，同時在降低露點方面效果也非常的明顯，通過對普通微熱干燥機升級改造，更換氣控閥門和控制系統。改變其工作流程，降低再生氣體排放量，達到更好的壓力露點，更能達到節能的目的。

3.1 改造后控制特點介紹

（1）中文液晶顯示流程，參數報警、運行參數畫面清晰，操作方便；可顯示實際露點、累計運行時間，再生塔的溫度、壓力數顯。

（2）具有斷電記憶功能, 斷電重啟后自動恢復繼續運行。

（3）定制專用吸附式干燥機雙偏心閥門，切換精確，質量穩定。

（4）鼓風機采用國內外知名品牌，低能耗，高能效，大流量，保證再生充分。

（5）循環運行周期變長，延長了閥門的使用壽命；

（6）減少耗氣量，降低公司的運行成本。

3.2 技術參數對比

通過表1 對比，鼓風式零氣耗干燥機再生氣耗氣量可以降低到0%，從而極大地減少壓縮空氣的浪費，輪胎生產公司目前通過各種方式降低能源消耗，成立專門組織定期開展跑冒滴漏的專項檢查，以期能夠減少能源的消耗，耗費大量人力物力，效果卻不是特別的明顯，通過改造為鼓風式零氣耗干燥機可以立竿見影的減少壓縮空氣消耗13% 左右。對于全廠能耗的降低可以說是事半功倍的作用。新技術新裝備在生產現場的使用，往往能夠起到管理措施無法達到的效果。

3.3 經濟效益分析

通過表2 對比1 年1 臺鼓風式干燥機和一臺傳統微熱再生干燥機1 年的運行費用，可以測算出鼓風式干燥機相較于傳統微熱干燥機1 年可以降低費用87 500 到140 000 之間，經濟效益十分顯著，其中通過表3 可以看出SBZ-500 型鼓風零氣耗干燥機，1 臺干燥機改造的投資回報周期可以控制在2 年以內。這些分析的都是直接能源消耗的對比，對于現場用氣設備故障率的降低和現場工藝穩定的作用，無法用數字來簡單比較。投入使用之后現場壓縮空氣中水分含量明顯降低，氣動元件故障率達到了有效的控制，基本上沒有出現因為壓縮空氣質量問題出現的氣動元件的故障，降低了現場維修費用，降低了維修工的勞動強度。

表2 鼓風式干燥機經濟效益分析對比

表3 鼓風式干燥機投資回報周期測算

3.4 改造的具體方案內容

為了最大限度的降低改造投入，充分利用原有的傳統干燥機，對干燥機各部分進行了分解，單獨進行更換，原有干燥機能夠留用的部分全部留用，通過表4，改造主要分為7 個部分，主要是容器組件改造、新增鼓風機系統、加熱器升級、閥門組件升級、管道組件升級、電氣箱改造升級。整個改造歷時6 個月的時間，主要還是受疫情影響相關配件交貨期比較長，對控制系統進行了全面升級，提高了設備的穩定性，避免了突發運行故障的發生。改造完成后目前整體設備運行良好，達到了預期的節能目標。

表4 改造的具體方案內容

4 總結

通過分析，我公司對部分傳統干燥機進行了鼓風式干燥機的改造，對比改造之前全廠三個空壓站每分鐘產氣量160 m3左右，每小時運行費用達到825 元。經過改造目前耗氣量降低到140 m3左右，每小時節約費用107 元，全年按照生產330 天計算，年可節約能源消耗費用80 余萬元。同時經過相關改造之后，壓縮空氣質量明顯提升，冬季天氣較冷的時候也沒有出現壓縮空氣含水量多的情況，通過工藝設備總進氣前的壓縮空氣儲罐和氣動三聯件可以完全避免氣動元件進入水，從而降低了氣動元件故障率，降低了現場維修的工作量。經過實際使用測算1.5～2 年就可以收回投資，效果顯著，可以在輪胎行業推廣應用。