瑞田空压机（苏州）有限公司

在某项目中，在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）吹塑模和填充操作过程里，一个非常有效的测量方案应用使得供应侧空气与吹塑模能完全同步，从而显著减少了总空气使用，并提高了生产力和质量。

　　确定问题

　　系统的需求侧由四个吹塑模具组成，吹塑模具供应三个独立的填充线。该工厂有一些他们无法解决的重要的操作问题。

　　对于初学者来说，吹塑模具比填充线更快，而且在大多数操作过程中，模具必须每5到7分钟停止和启动。工厂不能调整线路速度，在重新启动时，吹塑模具经常出毛病，或产生不合格的瓶子。

　　同时，吹塑模具的总空气供应来自两台800马力（HP）4级离心式空气压缩机，每台可输送1726scfm（合计3452台），压力为550至580psig。这种气流对于四个吹塑模具来说已经足够了，其中一次只能操作三个。这两台空气压缩机每周工作5天，每天24小时（6240小时）。由于启动和停止能力有限，每当有生产时，这两个单元都需要继续运行。

　　工厂决策者想要得到解答的一个问题是，增加到系统中的能够根据需要装载和卸载的空压机的大小和类型，从而不必经常运行两个800HP的离心式空气压缩机。同时，他们还想知道，在空气需求较低时，为了能够有效地卸载和节省能源，需要怎样的尺寸修整装置。

　　推荐采用四级双作用、水冷、往复式500HP空气压缩机，额定功率为5100-580psig，输气量1100-1200scfm。由于两台800马力的机组在满负荷时压力下降，人们认为它们的需求太高，进而计划在基地安装离心式空气压缩机，并使用新的往复装置进行修整。

　　工厂经理认为工厂需要更明确的支持数据来实现这一巨大的资本支出，并请顾问进行全面评估。

　　制定行动计划

　　咨询团队进行了分析，并提出了一系列步骤来收集优化压缩空气系统和实现节能所需的数据。

　　第一步，工厂需要在每个运行的空气压缩机上安装输入功率的记录仪，还需要在空压机房和冷冻干燥机后安装流量计。此外，该计划还要求在空气压缩机排气口、干燥机入口、干燥机出口、吹塑模具入口和吹塑模具后安装压力传感器和记录器，每个吹塑模具内的高压入口调节器排气。

　　然后，该小组指示工厂设置该测量设备，以一秒钟一次的频率同时记录所有数据，以便进行诊断。

　　接下来，工厂需要为测量条件建立一个准确的最佳情况需求场景。为此，需要在考虑工作压力、瓶/小时的生产水平、容器尺寸和吹气回收率的同时，确定每个工作吹气模具的空气需求量。表1概述了这是如何完成的。

　　利用吹气回收率计算出的吹气模具装瓶需气量曲线

　　工厂里有四台吹塑机。线3a和3b总是一起运行。线4或线5与线3a和3b一起运行。

　　在550psig的压力下，为满足上述两种条件，计算出的最大高压空气使用需求（40%的压缩空气回收率）将在2500scfm至2600scfm之间。

　　各吹塑模具上的控制板流量数据（表2）显示，管线4和5的运行略低于计算流量。然而，线3a和3b的运行气量大约比计算值高300scfm。

　　根据目前的管道布置，研究小组无法确定每个模具的210scfm吹风气回收是否被实际利用，但是维修指标都认为是。对操作的观察发现，管线3a和3b吹塑模具内存在非常严重的泄漏。

　　获得准确的见解

　　该团队获得了宝贵的见解，从而得出了准确的流动压力操作曲线。

　　关键数据如表3所示。数据的一个亮点是，进入系统的最大流量为2700scfm，压力下降。两台满载离心式空气压缩机的额定值为3532scfm，但只能输送2700scfm。此外，吹塑模具启闭周期为四到六分钟。吹塑模具的生产速度远远超过填充速度。

　　如表4所示，与计算的1405scfm相比，吹塑模具4在1461scfm下测量；与计算的800scfm相比，吹塑模具3a在1200scfm下测量；与计算的800scfm相比，吹塑模具3b在约1300scfm下测量。

　　表5显示了每台空气压缩机在三个吹模中的两个工作时的排气压力。系统能承受的最大压力为520至530psig。当三个吹模同时工作时，两个压缩机的压力降到465psig。

　　这些测量得出了一些重要结论。从空气需求评估开始，吹塑模具4和5似乎可以确认计算出的净流量（包括吹塑空气回收率）是准确的。与计算得出的1600至1700scfm相比，一起运行的吹塑模具3a和3b测量值为2200scfm到2400scfm。

　　建议采取的措施包括调查和修复泄漏。当泄漏修复后，工厂需要稳定在适当的需求量下。此外，还需要监测所有吹模的气流和入口压力。对空气供应的评估结果如下：

　　1）总供气量要求在550至580psig之间，一台离心式空压机提供额定流量，一台备用离心式空压机，以及一台在3200至3300scfm之间尺寸正确的阀内件。

　　2）在4号线或5号线、3A号线和3B号线运行的受监控和维护良好的吹塑模具中，计算的总体最大载荷。

　　3）p阀内件的正确类型和尺寸应该是三级卸载、双作用往复式水冷机组，在550至580psig的压力下提供气量为1,500至1,600 scfm。

　　这将使总需求量达到3250至3350scfm，最大需求量为3000至3100scfm，其中一台离心式空气压缩机处于基本负荷，另一台处于备用模式，这样做将显著降低总输入能量。最初建议的1050至1100scfm微调装置太小。

　　解决关键问题

　　该项目解决了三个关键问题：

　　1.如何才能消除频繁的启动和停止？一种解决方案是增加瓶的储存输送线。另一种方法是降低吹塑模具速度，使其接近填充速度。这不仅会延长运行时间，而且会减少空气需求。换句话说，降低速度10%，减少空气需求10%。这种速度调整是通过适当调整速度、控制装置和烤箱来完成的。

　　2.为什么这两台离心式空气压缩机不能提供全部容量？这是一个与管道问题严格相关的问题。

　　图1显示了基本的管道尺寸和配置。红色圆圈表示一个“交叉三通”和“死头”，将水流汇聚到6英寸集管，从而产生对水流和反压力的湍流阻力，并将满载质量流从3532scfm减少到2700scfm到2800scfm。

　　图2显示了消除这种基本管道问题的正确方法。更重要的是，该系统使用带动态离心空气压缩机的正排量调节装置。该小组还消除了对离心式空气压缩机的任何干扰，方法是将正排量装置运行到一个接收器上，并将排放管以一定角度连接到一次空气接收器的下游。

　　注：用于排放的离心集管从6英寸增加到20英寸，以减少速度传递（ab）。

　　3.极端压力降（465psig）的基本原因和纠正措施是什么？

　　这种情况如图3和图4所示（c）。

　　图3显示了干燥机前后的压力。ΔP是一个近似的常数5psig，可能看起来很高，但由于它是一个稳定的压差，所以可能不是污染的干燥器或过滤分离器导致的压力损失。

　　图4显示了干燥机和吹塑模具入口后的压力。吹塑模具要求最小入口压力为480psig，但是，这不能在三个吹塑模具持续运行的情况下交付。在465psig压力下，吹模关闭（d）。

　　确认问题

　　储存：在最大550psig压力下，有效总储存量3100加仑（414 cu.ft.）。避免吹模低压问题的容许压力损失=480psig。

　　计算衰变时间的公式：

　　净流出量为400scfm

　　空气压缩机当前提供的净流量（尽可能最好）= 2700scfm，需要3100加仑。

　　共交付2700scfm，少400scfm。在最佳情况下，通过将储存的空气应用于短缺，计算出的储罐保持时间为5至6分钟。

　　如果吹模继续运行6分钟以上，系统压力将下降到480psig以下。

　　缺乏有效的存储

　　另一个需要解决的问题是缺乏有效的存储。目前的储存不能维持连续的三个甚至两个长方形的模具运行。它也太小，无法使系统在允许的重新加载时间内保持压力，从而使离心式空气压缩机在停止和重新加载期间进行卸载和加载。

　　根据观察结果和工厂人员的说法，工厂目前因低压问题，尤其是在吹塑模具启动运行期间，会出现瓶子不合格现象。

　　为了解决这个问题，存储量从414cu.ft到约1000cu.ft.。最坏的情况可能是三个吹塑模具打开，两个吹塑模具都关闭。流量下降约1400scfm，仅剩下1600scfm的线3a和3b（维修后）。目前，一台离心式空气压缩机处于完全吹塑状态，但一旦吹塑模具启动，就必须重新加载。 吹塑模具需要1.5分钟从开始到全流量需求，并激活吹塑空气回收系统。初始需求将很低，然后增加到约1800scfm，最后随着吹风气回收系统的启动下降到1400scfm。

　　高压离心式空气压缩机的吹脱/入口值控制从完全吹脱到满载需要大约三分钟。从吹模启动到空气压缩机的任何信号延迟都会增加这一允许的加载时间。

　　新的往复装置从空载到50%负载到100%负载的允许反应时间不到一分钟，但不需要这样的短周期，因为这可能导致更高的维护问题。修改后存储量增加，将允许这样做，修改后的存储增加将允许这样做，无论哪个单元在线操作，从550psig到580 psig的阀内件，并将流量调节到548psig。当离心式空气压缩机在三个吹模过程中满负荷设置为550psig时，操作应该做得很好。

　　在这些给定条件下：

　　时间=即使在1400scfm净流出时，也约为3.8分钟。

　　保持最大压力从550psig到480psig的排放压力，在最坏的情况下，这种存储允许超过3.5分钟。在往复装置预计的一分钟循环时间内，压力只会下降约2psig。

　　由于高压空气系统专门用于吹塑过程，如果安装了中央空气监测和管理系统，可以设置组合加载/卸载信号，从吹塑启动/停止信号激活，进一步提高了压缩空气供应和吹塑之间的时间。

　　最后的见解

　　有了适当的数据和对关键设备过程的各种操作动态的理解——这几乎被认为是不可理解的——变得清晰起来，成功的道路变得明显起来。

　　系统平衡后，重要的是监控关键性能指标，设置“红旗”，并及时采取纠正措施。对于PET吹塑模具监控，我们建议至少监控每个吹塑模具的压力和流量。然后，将其与计算标准进行比较。不允许需求增长。如图5所示，吹塑模具的正确流量测量应在空气容器前面。如果控制板上没有，空气接收器将有助于消除吹塑模具中的低内部压力问题（E）。

　　请记住，这项练习涉及高压PET生产过程，但无论压力、生产或过程是什么，当目标是用适当的测量和数据来平衡任何系统时，该策略就会起作用。