化工企业中空压机对变频器的应用

学术论文 2016-05-12 11:20:13
  1.变频器的优势及特点 
  我国正处在工业化阶段,有一部分工业生产设备陈旧、生产工艺落后、产品品质不佳,国内及国际市场竞争力不强。使用变频器进行交流变频调速,取代了原有的变极调速、滑差调速、整流子电机调速、液力偶合调速、串极调速及直流调速等落后的调速方式,并且与PLC、DCS等进行配合,可以实现生产的高精度控制。在生产中提高了生产效率,使产品品质明显改善;使设备运行更加稳定可靠,提高产量,大幅度减少设备维护费用,降低生产成本;同时提高了生产自动化水平,改善了生产环境,减少了工人的劳动强度。使用变频器是企业设备改造、产品更新换代、节能减排的重要途径。 
  2.化工行业中的变频器 
  在化工行业中,设计部门在计算泵的功率时按工艺装置所需额定扬程值的1.1倍以上选取。况且在化工企业中机泵所带负载大部分为轻载。所以绝大多数电动机都运行在额定功率之下,存在利用率低、耗电大等诸多不足之处。 变频器是通过调整输出频率来改变电机转速,以达到交流电机调速的目的。采用变频器进行变频调速,可使电动机回到高效的运行状态,是最佳的调速和节能方式。变频器通过降低电机转速减少输出功耗,实现“按需供能”。用于风机、泵类等平方律特性负载,可达到50%的节能率;用于其他工艺要求调速的负载,也可获得10%~40%的节能效果。设备的转速降低后,可以减少磨损,延长使用寿命,获得可观的直接或间接的经济效益。 以下举出变频器在化工行业中的一个应用例子。 
  3.应用在空气压缩机 
  现在空气压缩机的应用非常普遍。但部分化工企业在空压机的使用方面有一定的特殊性:输送管路长、气源分散、所需气量频繁变化。这样就对空压机产生的压力提出了一定要求。为满足用气量随时变化的要求,储气罐内气体必须保持一定的压力。现在我院所承揽的大部分化工厂设计时,厂内所需要空气压力为0.40Mpa~0.55Mpa之间,对于空压机气量的供求关系表现为排气压力的变化,空压机排气量满足生产用气量要求时,罐内空气压力保持恒定不变,若可以维持这种状态固然最好,但实际上用气量是随厂内所需气量变化而变化的。而且设计院在设计时余量较大,所以空压机排气量都要大于用气量。当压力达到最大值时,空气压缩机通过关闭吸气阀使电机空转调节排气量,但空气压缩机在空转中还是带动活塞或螺杆运动,此时的能耗约占空气压缩机满载运行时的30%~50%,将这部分能量节省下来的数量,也相当可观。 
  4.实例分析 
  某化工厂有一座空压机站,安装有3台90kW往复式活塞空压机,用来压缩空气。由于生产上使用空气的不均匀性,用气量总是在动态变化,有时需要同时运行数台空气压缩机供气,而有时连一台空气压缩机的产气都用不完,但空气压缩机仍在全速运行。空气压缩机在出厂时都配套有排气压力调节装置,储气罐内的空气压力超过设定压力时,压缩机阀门自动关闭,压缩机进入空转卸荷状态。当储气罐内空气低于设定的压力时,压缩机阀门自动开启,压缩机又进入满载工作状态。满载时,空压机的工作电流接近电动机额定电流;空转卸荷时,空压机的工作电流约为电动机额定电流的50%。这部分电流并未做有用功,而是机械在额定转速下的空转损耗。虽然这种调节装置也能调节压力,但压力的调节精度低,压力波动大。压缩机总是处于额定转速下工作,机械磨损大,电耗高。 
  变频调节电动机转速就可以避免这些老式调节方案的缺点。首先空压机是将输出压力作为控制对象的,由压力传感器对管网压力进行实时检测,来自动调节变频器的输出功率,进而改变空压机电机的转速,最终实现系统管网压力恒定。 
  具体改造方案:在供气主管道或储气罐上安装一套压力变送器,将压力信号(4~20mA)反馈到厂内控制室的主机(DCS)。由主机发出信号到第一台压缩机的变频器模拟信号输入端上,改变变频器的给定值,进而改变电机的转速。这样就构成恒压供气系统,供气压力维持在0.8MPa。变频器控制第一台压缩机,速度给定调节由主机(DCS)发出,主机(DCS)控制第二和第三台压缩机的起动/停止。运行时,第一台压缩机首先变频运行,当变频器的输出频率已达到50Hz,但供气量仍不足时,主机(DCS)起动第二和第三台的压缩机工作。然后继续调节第一台,以达到系统管网压力恒定;如供气量大于给定值时,停止第二或第三台的压缩机工作。由于用气量的变化不很剧烈,主机(DCS)对第二和第三台的压缩机的控制是一种较好的方法。 
  需要注意的是,空压机不允许长时间低频下运行,当空压机转速太低,一方面将使空压机的工作稳定性变差,另一方面,也使缸体的润滑变差,会加快磨损,所以系统要根据实际情况设定下限频率(不能低于25HZ)。 
  技术改造效果。 
  压缩机改造完成后经过半年多的运行,达到了预想的目的,供气质量大幅度提高。节能方面,压缩机消耗的轴功率就与压缩机的排气量成正比,可见减少排气量,可节省轴功率。经实测节电率达到22%,取得了较好的经济效益。
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