變頻器恒壓供氣在水氣車間的應用

甘澤生,鄒增濤

(青海堿業有限公司,青海 海西 817000)

變頻器恒壓供氣在水氣車間的應用

甘澤生,鄒增濤

(青海堿業有限公司,青海 海西 817000)

簡述風機變頻調速節能原理及恒壓控制方法,對我公司水氣車間風機采用變頻調速節能改造的措施和取得的節能效益進行分析,揭示了風機采用變頻調速裝置進行節能改造、恒壓控制具有很大的實踐空間。

空氣壓縮機;變頻調速;節能;PID調節

我公司水氣車間有4臺空壓機,每一臺羅茨風機出口空氣經空壓機壓縮后給化工區各種儀表提供氣源,如氣源壓力波動大,將會影響各車間的工藝參數、工藝狀況,給生產帶來很大的麻煩,這就要求保持風機穩定的出口壓力。在變頻技術應用還未廣泛的時期,羅茨風機出口供氣控制通常采用風機恒速運行加上調整出口閥門開度的方式調節供氣的出口壓力。而這種靠調節出口閥來進行恒壓供氣的方式使得大量能量消耗在出口閥門而造成浪費,尤其在設備變負荷運行時,由于風機的運行偏離高效點,使運行效率大大降低,結果是白白地浪費掉大量的電能,已經到了非改不可的地步。

1 恒壓供氣原理

1.1 供氣原理

變頻技術通過調速節約了在改變閥門開度上造成的能量浪費。閥門控制法的本質是風機本身的供氣能力不變,通過改變氣路中的管阻大小來改變流量,以適應空壓機對流量的需求。而轉速特性是在閥門開度不變的情況下,通過調節轉速來達到工藝要求的用氣量。將這兩種方法相比較可見,在流量相同的情況下,轉速控制避免了閥門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時,轉速控制使壓頭反而大幅度降低,所以它只需要一個比閥門控制小得多的,得以充分利用的功率。

1.2 PID調節

要想保持風管壓力穩定,首先必須電機運行穩定,同時希望具有較高的控制質量,我們希望持續時間短、超調量小、擺動次數少。為了保證系統的精度,就要求系統有很高的放大系數,然而放大系數一高,又會造成系統不穩定,甚至系統產生振蕩。反之,只考慮調節過程的穩定性,又無法滿足精度要求。因此,調節過程中,系統穩定性與精度之間產生了矛盾。如何解決這個矛盾,變頻器采用一種PID控制方式來實現恒壓,當用戶用氣量加大時,管路壓力減小,變頻器轉速要提高以增加流量補充壓力;反之,用戶用氣量減小時,管路壓力增大,變頻器轉速要降低,使流量適當降低以使壓力恒定。簡單地講, PID是由比例積分 PI和比例微分 PD“元件”組成的,通過現場調試,不斷調整修改比例增益、積分時間、微分時間等參數為一合理值,來減小風機出口壓力的波動。

2 風機運行狀況及變頻改造措施

水氣車間空壓機崗位有4臺75 kW羅茨風機, 4臺風機并列在氣體母管上,生產過程中為化工區各車間提供儀表氣源。隨著全廠負荷的變化,比如生產負荷減小,自動閥隨之關小,相應的儀表用氣量也減小,在這樣的低負荷下運行的羅茨風機會造成氣體母管超壓,該崗位的操作人員不得不采取風機出口閥節流的方式運行,但由于風機離崗位操作人員工作場所很遠,氣體母管壓力變化較頻繁時,運行人員就會就近開啟水氣車間的氣體泄壓閥來調整氣體母管壓力,這樣的調整方式不僅使運行人員勞動強度大,而且浪費了大量的電能。在隨后的技改工程中,采用變頻器配合壓力變送器實現恒壓供氣的改造方案徹底解決了儀表用氣壓力調整的問題。

原風機電機功率75 kW,采用直接啟動,氣體母管壓力用出口閥、或泄壓閥來調整。改造后為羅茨風機電動機配備了變頻裝置,合理設置電機啟動時間和電機加減速時間就可有效地實現電機的軟啟動,降低啟動電流。在氣體出口管上裝設壓力變送器,將出口管的壓力轉化為4～20 mA的信號通過壓力數顯表送入變頻器(如圖1),變頻器將這個信號與設置的壓力給定值比較后自動調整變頻器的輸出轉速,從而實現恒壓供氣的自動閉環控制。在壓力數顯表上設定壓力上限值,當壓力高于上限并且轉速為零速時,變頻器自動停止運行處于熱待機狀態,待壓力低于上限值時,變頻自動恢復運行狀態。

圖1 變頻恒壓控制原理圖

改造后,運行人員的勞動強度大大降低,再也不用頻繁調整風機出口閥和泄壓閥了,為了詳細核算風機變頻改造后的節電效益,車間的電氣專工做了半年的統計工作,用這半年的統計數據與改造前的一年運行數據比較后發現,該風機變頻改造后平均運行電流下降了約30 A,年節電24萬kW·h,節電率達28%,年節能收益6萬元,使得改造投入的10萬元不到2年就可收回,效益可觀。

3 總 結

通過風機變頻改造的實踐,驗證了風機采用變頻調速裝置節能改造的潛力,而且還可降低運行人員的勞動強度,減少機械磨損,延長設備使用壽命,因此采用變頻裝置對風機進行節能改造、恒壓控制在各行各業中都會有很大的實踐空間。

[1] 厲無咎.變頻調速恒壓供水系統[A].1995年中國自動化學會年會[C],上海電器技術

[2] 郭立君.泵與風機[M].北京:中國電力出版社,2001

TM 761.2

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1005-8370(2010)04-25-02

2010-05-17