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变频调速技术在往复压缩机上的应用

发布日期:2015-04-06 来源: 空压机 查看次数: 774 作者:
核心提示:  变频调速技术是80年代迅速发展起来的一种电机传动调速和节能降耗技术,已广泛地应用于水泵、风机、电梯等方面,具有提高控制
    
  变频调速技术是80年代迅速发展起来的一种电机传动调速和节能降耗技术,已广泛地应用于水泵、风机、电梯等方面,具有提高控制水平,节能效果显著等特点。燃气热力行业中,大量使用着各种气体压缩机或鼓风机。通常,总是根据最大的需求量进行机器选型和配置,而在实际运行中,用户的要求往往会因种种原因而变化。如何使之既满足用户要求,又做到经济节能、使用安全、操作简便一直是人们寻求的目标。我公司制气分厂煤气压送工段原装备了罗茨风机两台,单台排气量为2 400 /h ,可供压力50 kPa 往复式煤气压缩机4台,单台排气量前期调试阶段,供气压力要求较小,仅30 kPa左右,供气量为2 000~2 500 /h ,开罗茨风机可基本满足供气压力及流量的要求。当供气状况波动较大时,用人工手动调节阀门控制回流量的办法进行调节,致使误差大时出口压力可波动±5 kPa ,供气质量不能保证。随着生产的规范,要求提高压力大流量稳定供气,必需启用往复式煤气压缩机。但是,由于供气量与压缩机排气量之间很难完全平衡,而人工调节回流量难以保证需求压力与流量的稳定,使得系统的如下弊病明显突出:供气量不大,使得煤气反复压送,运行效率低,耗费大量电能,增加费用使用旁通阀手动调节供气量,工作量大,供气压力不易控制,供气质量差,系统安全性差。因此,对往复式压缩机系统进行采用变频调速技术改造。
  2变频调速节能原理与技术方案当供气量需要在单台压缩机额定排气量以内变动时,必须采用一定措施调节压缩机排气量,以使供需气量平衡、输配系统平衡运行。对往复式压缩机而言,调节排气量的方法很多,但改变转速的方法是最经济实用的。
  采用打回流调节不能改变吸气量,所以使压缩机始终在满负荷下运行,不能节能。而改变转速,使压缩机吸气量发生变化,其功率消耗也随之改变。
  采用变频调速技术使压缩机实现变速调节成为可能,通过改变压缩机电机转速来改变压缩机转速,最终达到节能的目的。
  根据生产状况,在改造时将其中两台压缩机改为一工频一变频,一用一备状态。
  在电气控制线路设计方面,考虑到往复式压缩机对润滑及冷却的特殊要求,全部保留了原系统的工艺联锁及事故停车部分控制线路,加入到变频电气系统中,以保证压缩机的安全稳定运行。由于压缩机配用电机为10极280 kW异步电动机,与其配套的大型变频器国内尚无能力生产。因此,采用FRN280P94变频器。根据系统需要另配了一台ST 200可编程控制器PLC.并且此控制器采用的EPROM存贮器可存放2000步程序、注释、参数等,存贮量大。在供气管网入口处设置了压力变送器,煤气与热力在控制系统中设置了一个PID闭环调节环节,自动调节流量。
  该系统通过电位器调节设定压力,并与来自远传压力变送器的出口压力信号(4~20 mA)一起送给PLC进行PID运算,比较结果输出给变频器,使其按照指令自动变频调节电机转速:当出口压力高于设定压力时,频率下降,电机减速出口压力低于设定压力时,频率上升,电机加速。从而调整出口压力自动跟踪设定压力,实现自动恒压控制,保证系统稳定和供气质量。
  采用变频调速技术,原系统中机械、管线等部分不必改动,仅需将供电回路中其中一台机的降压起动柜更换为变频器柜,在主回路上增加两台机变频工频的互锁即可完成,因此改造过程工作量不大。
  在系统调试中值得注意的是,该压缩机负载属于恒转矩负载范畴,当电机转速过低而负载大(即管网压力高)时,会出现电机出力不够,电机抱死的情况,极易出现设备事故。因此,通过多次试验,发现将下限频率设定为15 Hz可稳定工作。另外,为保证管网系统安全,管网回流阀应适当打开,以保证用气量骤减时,管网压力不会变得太高。
  3系统节能效果经济指标该系统改造投资共35万元,已经使用一年多。
  公司根据用户需要,先分别试供气30 kPa、70 kPa、100 kPa等不同压力状况,工作均很平稳。然后供气100 kPa压力工作了一年,频率可保证在18 Hz以下,不仅满足了压力和供气量要求,还充分体现了节能效果。
  实践证明,供气量越小,节电效果越明显。按现在工况,在略开回流阀时,供气量1 200~1 300 h ,出口压力100 kPa.为保证系统稳定安全运行,频率略大于最低频率限制15Hz ,保持在18 Hz左右,此时电流仅为100~ A ,而该系统工频运行的空载电流为400 A左右,相比起来节能效果十分明显。
  工频运行时功率约为235 .55 kW,变频运行时功率约为65 .47 kW.按目前公司生产状况,每天供按武汉平均电价0 .60元/ kWh计算,年节约电费49 .60万元。收回成本时间为8 .5月。
  4结语(1)变频调速器可通过简单设置参数实现电机宽范围无级调速,使其在15~50 Hz稳定运行,并实现电机软起动,还可以提高功率因数。
  (2)变频调速闭环控制可使压缩机电机输出功率按照压缩机所需的轴功率变动,节能效果明显。
  (3)变频调速后,压缩机转速通常总是在低于额定转速的情况运行(目前工况转速仅为额定时的1/3),因此通过减小压缩机的排气量,使通过气阀和管道的压力损失减小,同时气体在气缸中冷却作用得以加强,从而使功率消耗降低。
  (4)转速的降低使机械磨擦降低,减少了磨擦功耗,延长设备的使用寿命,同时减小了噪音,改善了工作环境。
  (5)实现了压力和流量的全自动控制,使系统控制简单可靠,不仅使供气质量和管网运行安全性大大提高,还使操作异常简单,减轻了操作人员的劳动强度。
  (6)由于采用可编程控制器闭环控制转速,控制精度可达到±1 ,安全稳定运行的可靠性大为增强,并更加方便与用户的费用结算。
  
 
  

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