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(dòng)機(jī)控制技術(shù)，其應(yīng)用已滲透到化工行業(yè)的各個(gè)技術(shù)部門(mén)，應(yīng)用技術(shù)已非常成熟，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在化工行業(yè)進(jìn)一步推廣普及變頻調(diào)速技術(shù)，將會(huì)為加快我國(guó)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(jī)；交流變頻調(diào)速技術(shù)

1.變頻器的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)

我國(guó)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(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。使用變頻器進(jìn)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(jī)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(jìn)行配合，可以實(shí)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(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，提高產(chǎn)量，大幅度減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平，改善了生產(chǎn)環(huán)境，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(jì)部門(mén)在計(jì)算泵的功率時(shí)按工藝裝置所需額定揚(yáng)程值的1.1倍以上選取。況且在化工企業(yè)中機(jī)泵所帶負(fù)載大部分為輕載。所以絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)都運(yùn)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(guò)調(diào)整輸出頻率來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到交流電機(jī)調(diào)速的目的。采用變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速，可使電動(dòng)機(jī)回到高效的運(yùn)行狀態(tài)，是最佳的調(diào)速和節(jié)能方式。變頻器通過(guò)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速減少輸出功耗，實(shí)現(xiàn)“按需供能”。用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)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(zhǎng)使用壽命，獲得可觀的直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。 以下舉出變頻器在化工行業(yè)中的一個(gè)應(yīng)用例子。

3.應(yīng)用在空氣壓縮機(jī)

現(xiàn)在空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用非常普遍。但部分化工企業(yè)在空壓機(jī)的使用方面有一定的特殊性：輸送管路長(zhǎng)、氣源分散、所需氣量頻繁變化。這樣就對(duì)空壓機(jī)產(chǎn)生的壓力提出了一定要求。為滿(mǎn)足用氣量隨時(shí)變化的要求，儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體必須保持一定的壓力。現(xiàn)在我院所承攬的大部分化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，廠(chǎng)內(nèi)所需要空氣壓力為0.40Mpa～0.55Mpa之間，對(duì)于空壓機(jī)氣量的供求關(guān)系表現(xiàn)為排氣壓力的變化，空壓機(jī)排氣量滿(mǎn)足生產(chǎn)用氣量要求時(shí)，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(shí)際上用氣量是隨廠(chǎng)內(nèi)所需氣量變化而變化的。而且設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)余量較大，所以空壓機(jī)排氣量都要大于用氣量。當(dāng)壓力達(dá)到最大值時(shí)，空氣壓縮機(jī)通過(guò)關(guān)閉吸氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)排氣量，但空氣壓縮機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是帶動(dòng)活塞或螺桿運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的能耗約占空氣壓縮機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)的30%～50%，將這部分能量節(jié)省下來(lái)的數(shù)量，也相當(dāng)可觀。

4.實(shí)例分析

某化工廠(chǎng)有一座空壓機(jī)站，安裝有3臺(tái)90kW往復(fù)式活塞空壓機(jī)，用來(lái)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(dòng)態(tài)變化，有時(shí)需要同時(shí)運(yùn)行數(shù)臺(tái)空氣壓縮機(jī)供氣，而有時(shí)連一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的產(chǎn)氣都用不完，但空氣壓縮機(jī)仍在全速運(yùn)行?？諝鈮嚎s機(jī)在出廠(chǎng)時(shí)都配套有排氣壓力調(diào)節(jié)裝置，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的空氣壓力超過(guò)設(shè)定壓力時(shí)，壓縮機(jī)閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)空氣低于設(shè)定的壓力時(shí)，壓縮機(jī)閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，壓縮機(jī)又進(jìn)入滿(mǎn)載工作狀態(tài)。滿(mǎn)載時(shí)，空壓機(jī)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流；空轉(zhuǎn)卸荷時(shí)，空壓機(jī)的工作電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的50%。這部分電流并未做有用功，而是機(jī)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(dòng)大。壓縮機(jī)總是處于額定轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械磨損大，電耗高。

變頻調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就可以避免這些老式調(diào)節(jié)方案的缺點(diǎn)。首先空壓機(jī)是將輸出壓力作為控制對(duì)象的，由壓力傳感器對(duì)管網(wǎng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出功率，進(jìn)而改變空壓機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)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(chǔ)氣罐上安裝一套壓力變送器，將壓力信號(hào)（4～20mA）反饋到廠(chǎng)內(nèi)控制室的主機(jī)（DCS）。由主機(jī)發(fā)出信號(hào)到第一臺(tái)壓縮機(jī)的變頻器模擬信號(hào)輸入端上，改變變頻器的給定值，進(jìn)而改變電機(jī)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(tái)壓縮機(jī)，速度給定調(diào)節(jié)由主機(jī)（DCS）發(fā)出，主機(jī)（DCS）控制第二和第三臺(tái)壓縮機(jī)的起動(dòng)/停止。運(yùn)行時(shí)，第一臺(tái)壓縮機(jī)首先變頻運(yùn)行，當(dāng)變頻器的輸出頻率已達(dá)到50Hz，但供氣量仍不足時(shí)，主機(jī)（DCS）起動(dòng)第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作。然后繼續(xù)調(diào)節(jié)第一臺(tái)，以達(dá)到系統(tǒng)管網(wǎng)壓力恒定；如供氣量大于給定值時(shí)，停止第二或第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作。由于用氣量的變化不很劇烈，主機(jī)（DCS）對(duì)第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)的控制是一種較好的方法。

需要注意的是，空壓機(jī)不允許長(zhǎng)時(shí)間低頻下運(yùn)行，當(dāng)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速太低，一方面將使空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性變差，另一方面，也使缸體的潤(rùn)滑變差，會(huì)加快磨損，所以系統(tǒng)要根據(jù)實(shí)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(jī)改造完成后經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)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(jī)消耗的軸功率就與壓縮機(jī)的排氣量成正比，可見(jiàn)減少排氣量，可節(jié)省軸功率。經(jīng)實(shí)測(cè)節(jié)電率達(dá)到22%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。