【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)用已滲透到石化行業(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。在石化行業(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。

【關(guān)鍵詞】石化企業(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.石化行業(yè)中的變頻器與空氣壓縮機

在石化行業(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。況且在石化企業(yè)中機泵所帶負載大部分為輕載。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”。用于風機、泵類等平方律特性負載，可達到50%的節(jié)能率；用于其他工藝要求調(diào)速的負載，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。

現(xiàn)在空氣壓縮機的應(yīng)用非常普遍。但部分石化企業(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。大部分石化廠設(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。當壓力達到最大值時，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，也相當可觀。

變頻恒壓供氣系統(tǒng)的功能：（1）經(jīng)過對壓縮機自動變頻調(diào)節(jié)進行監(jiān)督測試后，基本可以穩(wěn)定總管網(wǎng)的氣壓，實現(xiàn)恒壓供氣，監(jiān)督控制總管網(wǎng)的出口壓力，保障機組可以正常工作；（2）將空壓機全部設(shè)置進入變頻自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)空壓機的自動切換，使得機組實現(xiàn)設(shè)備的循環(huán)使用，大大提高了設(shè)備的效率；（3）總結(jié)和分析總管網(wǎng)的壓力變化，使得系統(tǒng)可以自行判斷開啟和關(guān)閉時壓縮機的數(shù)量和大小，以及可以自動進行開停機；（4）系統(tǒng)具有手動和自動兩個方面的基本功能，一旦生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就可以進行手動操作，從而保證恒壓供氣的不間斷性；（5）用戶可以根據(jù)自身實際情況，隨時隨地進行參數(shù)的更改，操作簡單方便；（6）大大降低電能的消耗，降低成本消耗，實現(xiàn)節(jié)能操作；（7）通過對機組數(shù)量的調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，保證滿足總管網(wǎng)的基本要求，這樣就可以保障供氣壓力的持續(xù)共給；（8）首先，經(jīng)過對變頻機組之間進行優(yōu)化組合，真實、確切的計算變頻機的實際負荷。掌握開停機的基本時間，充分利用機組的高效階段，并進行磨合。

變頻恒壓供氣優(yōu)點：（1）依據(jù)現(xiàn)場的工況，可以節(jié)約 10% ～ 30% 的電能；（2）設(shè)備的先進以及變頻器的調(diào)節(jié)功能可以很好地完善空壓機的運行特點；（3）系統(tǒng)設(shè)置的各種保護措施，以及變頻器自帶的檢測功能，都有利于提升工作效率，大大提高空壓機的安全性能；（4）進行變頻器改造后，供壓供氣比較穩(wěn)定，供氣質(zhì)量也有所提高，大大降低了勞動力的消耗，提升了工作效率和經(jīng)濟效益。

系統(tǒng)工作原理：貯氣罐的壓力信息經(jīng)過壓力傳感器將信號傳至西門子S7-200PLC 控制器內(nèi)部的 PID 調(diào)節(jié)器，并與預(yù)設(shè)的信號進行比較，信號經(jīng)過 PLC 控制器的處理后將會傳至 ABB 變頻器，進而可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。該操作在保持空壓機壓力不變的條件下，電動機輕載時，將會降低轉(zhuǎn)速，進而可以保證電動機的工作效率，實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能。

3.實例分析

某石化廠有一座空壓機站，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，當變頻器的輸出頻率已達到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）。

4.結(jié)論

壓縮機改造完成后經(jīng)過半年多的運行，達到了預(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)電率達到22%，取得了較好的經(jīng)濟效益。

【參考文獻】

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