化工企業(yè)中空壓機對變頻器的應(yīng)用

魏志鵬 楊媛媛 黃璜

【摘 要】交流變頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)和電動機控制技術(shù)，其應(yīng)用已滲透到化工行業(yè)的各個技術(shù)部門，應(yīng)用技術(shù)已非常成熟，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在化工行業(yè)進一步推廣普及變頻調(diào)速技術(shù)，將會為加快我國的節(jié)能事業(yè)做出更多地貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】化工企業(yè)；空壓機；交流變頻調(diào)速技術(shù)

1.變頻器的優(yōu)勢及特點

我國正處在工業(yè)化階段，有一部分工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備陳舊、生產(chǎn)工藝落后、產(chǎn)品品質(zhì)不佳，國內(nèi)及國際市場競爭力不強。使用變頻器進行交流變頻調(diào)速，取代了原有的變極調(diào)速、滑差調(diào)速、整流子電機調(diào)速、液力偶合調(diào)速、串極調(diào)速及直流調(diào)速等落后的調(diào)速方式，并且與PLC、DCS等進行配合，可以實現(xiàn)生產(chǎn)的高精度控制。在生產(chǎn)中提高了生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品品質(zhì)明顯改善；使設(shè)備運行更加穩(wěn)定可靠，提高產(chǎn)量，大幅度減少設(shè)備維護費用，降低生產(chǎn)成本；同時提高了生產(chǎn)自動化水平，改善了生產(chǎn)環(huán)境，減少了工人的勞動強度。使用變頻器是企業(yè)設(shè)備改造、產(chǎn)品更新?lián)Q代、節(jié)能減排的重要途徑。

2.化工行業(yè)中的變頻器

在化工行業(yè)中，設(shè)計部門在計算泵的功率時按工藝裝置所需額定揚程值的1.1倍以上選取。況且在化工企業(yè)中機泵所帶負(fù)載大部分為輕載。所以絕大多數(shù)電動機都運行在額定功率之下，存在利用率低、耗電大等諸多不足之處。 變頻器是通過調(diào)整輸出頻率來改變電機轉(zhuǎn)速，以達(dá)到交流電機調(diào)速的目的。采用變頻器進行變頻調(diào)速，可使電動機回到高效的運行狀態(tài)，是最佳的調(diào)速和節(jié)能方式。變頻器通過降低電機轉(zhuǎn)速減少輸出功耗，實現(xiàn)“按需供能”。用于風(fēng)機、泵類等平方律特性負(fù)載，可達(dá)到50%的節(jié)能率；用于其他工藝要求調(diào)速的負(fù)載，也可獲得10%～40%的節(jié)能效果。設(shè)備的轉(zhuǎn)速降低后，可以減少磨損，延長使用壽命，獲得可觀的直接或間接的經(jīng)濟效益。 以下舉出變頻器在化工行業(yè)中的一個應(yīng)用例子。

3.應(yīng)用在空氣壓縮機

現(xiàn)在空氣壓縮機的應(yīng)用非常普遍。但部分化工企業(yè)在空壓機的使用方面有一定的特殊性：輸送管路長、氣源分散、所需氣量頻繁變化。這樣就對空壓機產(chǎn)生的壓力提出了一定要求。為滿足用氣量隨時變化的要求，儲氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力?，F(xiàn)在我院所承攬的大部分化工廠設(shè)計時，廠內(nèi)所需要空氣壓力為0.40Mpa～0.55Mpa之間，對于空壓機氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化，空壓機排氣量滿足生產(chǎn)用氣量要求時，罐內(nèi)空氣壓力保持恒定不變，若可以維持這種狀態(tài)固然最好，但實際上用氣量是隨廠內(nèi)所需氣量變化而變化的。而且設(shè)計院在設(shè)計時余量較大，所以空壓機排氣量都要大于用氣量。當(dāng)壓力達(dá)到最大值時，空氣壓縮機通過關(guān)閉吸氣閥使電機空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)排氣量，但空氣壓縮機在空轉(zhuǎn)中還是帶動活塞或螺桿運動，此時的能耗約占空氣壓縮機滿載運行時的30%～50%，將這部分能量節(jié)省下來的數(shù)量，也相當(dāng)可觀。

4.實例分析

某化工廠有一座空壓機站，安裝有3臺90kW往復(fù)式活塞空壓機，用來壓縮空氣。由于生產(chǎn)上使用空氣的不均勻性，用氣量總是在動態(tài)變化，有時需要同時運行數(shù)臺空氣壓縮機供氣，而有時連一臺空氣壓縮機的產(chǎn)氣都用不完，但空氣壓縮機仍在全速運行?？諝鈮嚎s機在出廠時都配套有排氣壓力調(diào)節(jié)裝置，儲氣罐內(nèi)的空氣壓力超過設(shè)定壓力時，壓縮機閥門自動關(guān)閉，壓縮機進入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)。當(dāng)儲氣罐內(nèi)空氣低于設(shè)定的壓力時，壓縮機閥門自動開啟，壓縮機又進入滿載工作狀態(tài)。滿載時，空壓機的工作電流接近電動機額定電流；空轉(zhuǎn)卸荷時，空壓機的工作電流約為電動機額定電流的50%。這部分電流并未做有用功，而是機械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。雖然這種調(diào)節(jié)裝置也能調(diào)節(jié)壓力，但壓力的調(diào)節(jié)精度低，壓力波動大。壓縮機總是處于額定轉(zhuǎn)速下工作，機械磨損大，電耗高。

變頻調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速就可以避免這些老式調(diào)節(jié)方案的缺點。首先空壓機是將輸出壓力作為控制對象的，由壓力傳感器對管網(wǎng)壓力進行實時檢測，來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，進而改變空壓機電機的轉(zhuǎn)速，最終實現(xiàn)系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定。

具體改造方案：在供氣主管道或儲氣罐上安裝一套壓力變送器，將壓力信號（4～20mA）反饋到廠內(nèi)控制室的主機（DCS）。由主機發(fā)出信號到第一臺壓縮機的變頻器模擬信號輸入端上，改變變頻器的給定值，進而改變電機的轉(zhuǎn)速。這樣就構(gòu)成恒壓供氣系統(tǒng)，供氣壓力維持在0.8MPa。變頻器控制第一臺壓縮機，速度給定調(diào)節(jié)由主機（DCS）發(fā)出，主機（DCS）控制第二和第三臺壓縮機的起動/停止。運行時，第一臺壓縮機首先變頻運行，當(dāng)變頻器的輸出頻率已達(dá)到50Hz，但供氣量仍不足時，主機（DCS）起動第二和第三臺的壓縮機工作。然后繼續(xù)調(diào)節(jié)第一臺，以達(dá)到系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定；如供氣量大于給定值時，停止第二或第三臺的壓縮機工作。由于用氣量的變化不很劇烈，主機（DCS）對第二和第三臺的壓縮機的控制是一種較好的方法。

需要注意的是，空壓機不允許長時間低頻下運行，當(dāng)空壓機轉(zhuǎn)速太低，一方面將使空壓機的工作穩(wěn)定性變差，另一方面，也使缸體的潤滑變差，會加快磨損，所以系統(tǒng)要根據(jù)實際情況設(shè)定下限頻率（不能低于25HZ）。

技術(shù)改造效果。

壓縮機改造完成后經(jīng)過半年多的運行，達(dá)到了預(yù)想的目的，供氣質(zhì)量大幅度提高。節(jié)能方面，壓縮機消耗的軸功率就與壓縮機的排氣量成正比，可見減少排氣量，可節(jié)省軸功率。經(jīng)實測節(jié)電率達(dá)到22%，取得了較好的經(jīng)濟效益。