摘要:壓縮機在工礦企業(yè)中應(yīng)用十分普遍。配套電動機的容量一般較大，且大多是常年連續(xù)運行的，因此節(jié)能潛力巨大。通過對東風悅達起亞汽車有限公司(下稱起亞)的TM渦輪壓縮機變頻調(diào)速節(jié)電改造的分析，探討實現(xiàn)渦輪壓縮機變頻調(diào)速節(jié)能改造的過程與效果。

關(guān)鍵詞:渦輪壓縮機 節(jié)能改造 必要性 潛力分析

通過變頻調(diào)速改造，渦輪壓縮機的節(jié)能潛力巨大。這是由于壓縮機不能排除在滿負載狀態(tài)下長時間運行的可能性，所以，只能按最大需求來決定電動機的容量，故設(shè)計容量通常偏大。但在實際運行中，輕載運行的時間所占的比例是可能會非常高。如采用變頻調(diào)速改造，就可以大大提高運行時的工作效率，實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)電、節(jié)能。

1 待改造渦輪壓縮機運行狀況

起亞公司的空壓機站共有TM渦輪壓縮機8臺，其中2臺正常使用，6臺備用，型號均為TM1000-3。TM渦輪壓縮機是Turbo-MasterTM系列、多級離心式空氣壓縮機，額定排氣量為8600M3/H。韓國三星Techwin公司制造。

Turbo-Master離心式空氣壓縮機主要由壓縮機主體，主電機，潤滑系統(tǒng)，儀表，控制柜構(gòu)成。

電機為異步電動機:額定功率746KW，額定電壓3300V，額定轉(zhuǎn)速2965r/min，額定電流150A。

運行情況:空壓機運行時系統(tǒng)壓力0.65Mpa，3級出口壓力0.66Mpa，IGV開度83%，BOV關(guān)度75%，運行電流123A。系統(tǒng)設(shè)定為:系統(tǒng)壓力要求0.60Mpa以上，超過0.65Mpa時放空，設(shè)備年運行8000小時以上。電價0.67元/KW.H。

2 渦輪壓縮機節(jié)能改造的必要性與改造目標

起亞公司的TM渦輪壓縮機系統(tǒng)，在設(shè)計配置之初，主要是從滿足公司生產(chǎn)運行及經(jīng)濟投資的角度考慮的，TM渦輪壓縮機采取了3.3KV/50HZ直接控制運行方案。

通過長期生產(chǎn)實踐的總結(jié)，當前機器運行過程中存在如下的問題與缺陷:首先，啟動時操作復雜，需要在啟動前關(guān)閉IGV;啟動后再將IGV逐漸打開，同時調(diào)整BOV關(guān)度，以穩(wěn)定排氣量及排氣壓力;閥門需反復操作，這會嚴重影響到機器的使用壽命。其次，在啟動時對電網(wǎng)沖擊很大，電能浪費較為嚴重，且在機器運行過程中電能浪費現(xiàn)象依然存在。再次，由于電機設(shè)備長期高速的運轉(zhuǎn)，不但導致磨損嚴重，縮短了使用壽命，而且工作噪音較大。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)、節(jié)能控制技術(shù)已經(jīng)相當成熟，經(jīng)濟效益和社會效益顯著;可以通過節(jié)能改造全面、徹底地解決上述問題，使系統(tǒng)功能得到明顯的改觀。

改造的目標如下:改造后系統(tǒng)平穩(wěn)軟啟動，且操作方便;在啟動時對電網(wǎng)無沖擊，節(jié)約啟動電能;在運行中電能消耗大幅度降低;電機設(shè)備運轉(zhuǎn)速度降低，大幅度延長使用壽命;合理降低工作噪音小;

3 渦輪壓縮機節(jié)能潛力分析

3.1 設(shè)計冗余及分析 通常工業(yè)上使用的水泵、為避免系統(tǒng)出現(xiàn)意外變化，保證系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，配備時以其最大計算負荷的1.2倍左右選定電機及負載水泵的額定功率。但由于生產(chǎn)工藝、環(huán)境溫度及使用情況等因素的變化，系統(tǒng)水的用量是根據(jù)實際運行負荷變化而變化的，很少達到額定數(shù)值，而實際運行中電機仍在設(shè)計負荷下運行，浪費了大量的電能。

3.2 閥門控制與變頻控制分析 起亞公司的TM渦輪壓縮機系統(tǒng)，目前是根據(jù)生產(chǎn)需求的大小，在電機在額定50HZ條件下運行，只是通過閥門來控制流量，這就使得控制使系統(tǒng)的利用率大大降低。因此，利用智能化節(jié)電設(shè)備通過對工況需求的大小來動態(tài)調(diào)節(jié)電機的運行頻率，可以有效地降低閥門控制上的浪費，提高節(jié)電率。

采用變頻調(diào)速控制方式，是將風機轉(zhuǎn)速降低到一定值，根據(jù)風機的比例定律，可以在滿足同樣風量的情況下，風壓將大幅度降低，功率隨之顯著減少，節(jié)省的功率與面積成正比，節(jié)能的效果是十分明顯的。

3.3 供電電壓分析 供電系統(tǒng)為保證末端用戶的正常使用電壓，一般電網(wǎng)供電電壓在-0%—+10%之間波動。電機長時間在偏高的電壓下運行，不但增加了電機的發(fā)熱問題，增加了電機的磨損，而且浪費了電能。

3.4 軟件控制優(yōu)化分析 LP智能化節(jié)電設(shè)備在變頻器的基礎(chǔ)上，依據(jù)計算機模糊控制理論，結(jié)合PID控制原理，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化控制軟件，可根據(jù)系統(tǒng)實際需求，自動檢測變頻器、電機、負載的運行曲線，使三者始終處在最佳狀態(tài)下運行，確保在滿足系統(tǒng)需求的前提下大幅度提高系統(tǒng)效率，盡可能的降低電耗。

變頻器、電機、水泵均有各自的運行曲線。LP智能化節(jié)電設(shè)備的核心技術(shù)就是通過對三者運行曲線進行優(yōu)化，讓它始終在一個最佳效率區(qū)間內(nèi)運行。只有在這個區(qū)間內(nèi)，三者運行效率的乘積才能達到最大化。而節(jié)能改造的方法就是要找出這個區(qū)間，使三者均在高效率狀態(tài)下運行。

4 渦輪壓縮機節(jié)能改造節(jié)電設(shè)備的選型

在綜合考慮壓縮機現(xiàn)場實際運行特點和產(chǎn)品技術(shù)的先進性、可靠性以及高性能價格比，同時在橫向?qū)Ρ绕渌桨傅幕A(chǔ)上，選用了LPH-Y-3.3-746KW智能化節(jié)電設(shè)備對起亞公司TM渦輪壓縮機進行驅(qū)動和控制的方案改造。

LPH-Y-3.3-746KW智能化節(jié)電設(shè)備通過若干個低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實現(xiàn)直接高壓輸出的西門子羅賓康完美無諧波高壓變頻器。加上LPH-Y-3.3-746KW控制主版及軟件系統(tǒng)，具有對電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、dv/dt及共模電壓，節(jié)電率高等特性。

5 渦輪壓縮機改造后的節(jié)能效果分析

在常規(guī)狀態(tài)下，TM渦輪壓縮機電動機的效率為98%，高壓變頻器的效率為97%，額定風量時的風機軸功率為746kW。同時，TM渦輪壓縮機風量Q為0 時，揚程H為1.4p.u，因此可設(shè)曲線特性為 H=1.4-0.4Q2

當IGV開度83%的運行模式為風量83%，同時假定全年無休運行的情況下。變閥調(diào)節(jié)控制風量時，假設(shè)P83為83%風量的功耗，則:

P83=746x0.83x(1.4-0.4x0.832)/0.98=710.44KW

年耗電量為:710.44KW×24小時/天×30天/月×12月/年=6138201.6KW.H

假設(shè)電費以 0.67元/kW.h 計算;

年耗電成本為:6138201.6kW.hx0.67元/kW.h=4112595元

變頻調(diào)節(jié)控制風量時:

P83為83%風量的功耗;

P83=746x0.833/0.98/0.97=435.26KW

年耗電量為:435.26KW×24小時/天×30天/月×12月/年=3760646.4KW.H

假設(shè)電費以0.67元/Kw.H 計算，

年耗電成本為:3760646.4KW.Hx0.67元/kW.h=2519633元

年所節(jié)省的電量:6138201.6KW.H-3760646.4KW.H=2377555.2KW.H

節(jié)電率為:2377555.2KW.H÷6138201.6KW.H×100%=38.73%

綜上所述，在對TM渦輪壓縮機設(shè)備運行數(shù)據(jù)、工藝要求深入了解，并結(jié)合LPH智能化節(jié)電設(shè)備的節(jié)電原理及整體性能，通過系統(tǒng)的分析可知:實施節(jié)能技術(shù)改造工程后，在控制運行的基礎(chǔ)上，年平均綜合節(jié)電率可達到30%左右。

參考文獻:

[1]李方園.《變頻節(jié)能技術(shù)在壓縮機中的應(yīng)用》[J].通用機械.2008(12).

[2]祝雪妹，邵威，朱旭，魏建華.《壓縮機的節(jié)能控制策略》[J].南京師范大學學報(工程技術(shù)版).2009(2).

[3]甘方成，劉百芬，呂福星.《空氣壓縮機節(jié)能分析及其控制系統(tǒng)的設(shè)計》[J].工礦自動化.2009(3).