螺桿空壓機節能技術應用與分析

劉魯濱（勝利油田濱南采油廠準備大隊）

由于空氣壓縮機采用大功率電動機進行拖動，運行時間長，生產壓縮空氣的能耗在企業生產中占有較大的比例。勝利油田濱南準備大隊油管廠油管桿修復過程中采用壓縮空氣作為油管桿翻轉的動力源。油管桿修復線有2臺水冷式空氣壓縮機，空氣壓縮機型號是L11/7（煙臺奧斯卡壓縮機公司制造），排氣量每分鐘11m3，最高壓力0.7MPa，采用一臺90kW的三相異步電動機皮帶傳動拖動，日常傳輸線上只能得到0.5MPa壓力的壓縮空氣，空壓機能力不足和高耗能制約著油管桿修復工作的開展。2012年11月份，對現有的空壓機進行淘汰更新，選用廣州凌格風生產的GA90螺桿空壓機，經過一年多的運行，收到了較好的節能效果。

1 凌格風GA90螺桿空壓機

空壓機拖動電動機為高效變頻電動機，額定功率為90kW，空氣壓縮機雙轉子螺桿泵，電動機和螺桿泵采用聯軸器聯接。最大工作壓力0.8MPa，排氣量為5.1～17m3/min。

為了降低生產運行過程中的能源消耗，精準滿足用戶生產用氣量，凌格風GA90螺桿空壓機采用VFC變頻控制（矢量變頻控制技術），電腦控制器和變頻器由歐姆龍公司專門定制，電器系統進行標準化設計，主接觸器采用西門子電器元件，確保系統的可靠性。

電腦控制器的功能包括：

1）具有強大完善的控制和監測功能，能確保空氣壓縮機穩定運行和具有精確的運行參數。

2）自動故障報警、故障停機、維修報警和儲存故障信息，為設備提供安全可靠的保護。

3）實現相序保護監測功能，檢測到錯相時可以自動停機，保護螺桿泵不受損害。

4）預留了通信功能，可以實現多臺空壓機聯動控制和集中控制功能。多臺聯控時，當一臺空壓機故障時，自動啟動備用空壓機，確保生產過程中的用氣安全。

2 螺桿空壓機變頻控制技術

VFC變頻空氣壓縮機采用矢量變頻控制技術，動態運行性能突出，生產運行過程中根據負載情況實時更改輸出頻率和電壓。對轉矩進行精確控制，具有系統響應快、調速范圍廣和加減速性能好的優點。

具體的控制過程是：當生產過程中消耗氣量小于空氣壓縮機產生的最大供氣量時，壓力上升，壓力傳感器將信號反饋給控制系統，變頻器降低輸出頻率，控制變頻電動機相應降低轉速，從而使螺桿空壓機的轉速降低，排氣量減少，壓力維持不上升；反之，壓力下降后，壓力傳感器將信號反饋給控制系統，變頻器升高輸出頻率，控制電動機提高到相應的轉速，從而使螺桿空壓機轉速增加，排氣量增大，壓力維持不變。

螺桿泵空壓機采用變頻控制的優點是：采用變頻控制具有精準的壓力控制能力，系統壓力變化可以控制在0.1～0.2bar范圍內，而傳統空氣壓縮機浪費0.07～0.15MPa壓差損失；采用變頻器控制可以0 Hz氣動空氣壓縮機，氣動電流小，對電源網絡、電器部件和機械部分所造成的沖擊小，從而延長機器的使用壽命。

此外，為確保設備控制的安全可靠，在電器控制中增加了“變頻”和“工頻”選擇，變頻器出現故障時，可以馬上切換到工頻狀態，使設備在工頻狀態下運行，不會影響生產的運行。

3 現場應用效果分析

日常生產運行中大功率電動機的啟動控制采用星三角啟動、直接啟動、軟啟動和變頻啟動等方式。這些啟動控制方式中只有變頻控制啟動能實現啟動電流從“0”開始波動變化。不同控制方式啟動電流波動特性對比見圖1。

圖1 大功率電動機不同控制方式啟動電流特性

由于螺桿空壓機采用變頻控制，根據生產需要，設備現場設定運行參數（0.52～0.68MPa），設備工作壓力達到0.68MPa時，設備運行處于卸載的工作狀態，此時電動機降低轉速運行；當設備工作壓力達到0.52MPa時，設備自動加載，此時電動機升高轉速使系統壓力逐漸上升。加載、卸載運行時間電腦控制器在設備停機后進行累加并顯示在顯示屏上，以方便數據統計。使用變頻控制技術的空氣壓縮機能耗控制見圖2。

圖2 VFC變頻控制螺桿空壓機能耗分析

根據現場使用情況分析，采用變頻技術控制螺桿空壓機空載時電動機能耗約為滿載時能耗的35%。螺桿變頻空壓機自投產以來累計運行4661h，加載運行時間3851h。可節約能耗25515kWh。

4 結束語

對大功率拖動電動機進行變頻控制，對于降低設備能耗、改善設備啟動過程中啟動電流對電網的沖擊、延長設備的使用壽命、提高能源消耗的產值比具有重要意義。