加壓機高壓變頻節能改造與實踐

歐志平

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司 湖南衡陽 421001）

加壓機高壓變頻節能改造與實踐

歐志平

（湖南衡陽華菱鋼管有限公司 湖南衡陽 421001）

華菱衡鋼采用高壓變頻技術對加壓機進行節能改造，減少煤氣加壓機大回流運行方式下的能耗，利用壓力設定自動跟蹤管道壓力變化，實時調節運行加壓機轉速提高供氣的穩定型、經濟性。

煤氣加壓機；節能；高壓；變頻；自動控制

引言

煤氣加壓機在鋼鐵行業有著廣泛的應用，一般情況下煤氣加壓機輸出能力有較大余量，加壓后的多余煤氣經回流旁通閥流回加壓機前端入口，大量的能源被無謂的浪費掉，且回流旁通閥的調壓能力較差，甚至有喘振的危險。為了解決上述問題，華菱衡鋼對加壓機進行高壓變頻節能改造，確保運行狀況及經濟性能同步提升。

1 加壓機使用現狀

1.1 工藝描述

加壓系統配置4臺10kV/630kW煤氣加壓機，根據用戶負荷2用2備或1用3備，正常運行時利用調節進口閥門和回流閥的開度來調節供氣量和供氣壓力。

1.2 電機與加壓機參數

電機型號：YB630S2-2，額定功率：630kW，額定電壓：10kV；

額定電流：43.2A，功率因數：0.89，額定轉速：2985r/min；

1.3 工藝分析

加壓機額定電流為43.2A，由于煤氣供給負荷經常變化，加壓機運行時電流經常在25～35A之間波動，經濟效能較低，達不到最大程度的節能及精確的工藝控制目標，有較大節能空間。

2 方案設計及實施

2.1 技術方案制定及分析

煤氣加壓機系統是負載可變系統，它受終端生產量變化的直接影響，導致了系統的負載特性曲線不斷變化。

可通過實時采集煤氣加壓機系統供氣總管網壓力參數，經A/D變換后送到智能控制器，經PID運算和模糊控制，智能調控煤氣加壓機恒定的壓力，使拖動電機的輸出功率始終與系統的負荷變化相匹配，當末端煤氣用量增大、管網壓力有下降趨勢時，智能控制系統自動加大加壓機轉速，增大煤氣輸送量，滿足用氣的需求；反之，智能控制系統自動降低加壓機轉速，減少煤氣輸送量，使供氣管網壓力基本保持恒定，并達到節電的目的。

采用變頻控制時，電機運行功率曲線分析如圖1所示。

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圖1 運行曲線分析圖

2.2 主線路設計

為了減少投資，以及日后檢修便利，本系統安裝1套2臺變頻節能裝置，采用一拖二的模式同步同頻運行，1#變頻節能裝置控制1、2#電機，2#變頻節能裝置控制3、4#電機。

主線路設計如圖2所示。

圖2 主線路示意圖

2.3 設計原理說明

變頻裝置具有工/變頻手動/自動切換功能；為保證設備系統工作的連續性，保留了原有工頻控制方式。同時，為了充分保證系統的可靠性，變頻器同時加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時，變頻器不能正常運行，電機可以自動切換或手動切換到工頻運行狀態下運行，以保證生產的需要。

其中，K1～K3為1#柜內真空接觸器，QS1～QS2為 1#柜內刀閘，K4～K6為2#柜內真空接觸器，QS3～QS4為2#柜內刀閘。

K2、K3電氣互鎖，當變頻器故障不能運行時，自動分K2、K1，合K3。

K5、K6電氣互鎖，當變頻器故障不能運行時，自動分K5、K4，合K6。

為保證檢修安全，系統K1與K4，K2與K5均采用電氣互鎖，變頻到工頻切換時間約為5s。

2.4 設備主要技術性能

（1）變頻系統按電機額定容量120%配置，變頻裝置額定電流大于電機的額定電流。輸入電源為10kV、50Hz，用于對煤氣加壓機電機進行調速，滿足和電動機配套使用。在50～100%的調速范圍內，變頻系統在不外加任何功率因數補償的情況下輸入端功率因數達到0.95以上。

（2）變頻系統輸出波形為正弦波，不會引起電機的諧振，轉矩脈動小于0.1%，變頻器可自動跳過共振點，避免風機喘振現象。變頻系統自身效率達到98%以上，節能裝置整個系統的效率在額定負載條件下達到96%以上，對電網電壓的波動應有較強的適應能力，在-15～10%電網電壓波動時滿載輸出。

（3）變頻系統設置以下保護：過壓、過電流、欠壓、缺相保護、短路保護、超頻保護、失速保護、變頻器過載、電機過載保護、半導體器件的過熱保護、瞬時停電保護等，并能聯跳輸入側10kV開關。

（4）節能裝置包含滿足需求的多種開關量信號和模擬量信號，開關量的外部接點全部為無源接點，開關量輸出模件應具有電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接啟動任何中間繼電器，在節能裝置設定為“遠控”時，模擬量輸入信號AI可以接受遠方調速的4～20mA模擬量指令，在節能裝置中可任意設定4～20mA對應的頻率范圍。

3 節能改造后效果分析

（1）改造后，加壓機電機和風機平穩運行，振動值處于正常范圍，且變頻器為軟啟動，啟動電流小，對機組的機械沖擊也大幅度減小。日常運行期間，自動恒壓調頻，加壓機回流閥保持全關，無需人工調節。

（2）節電效果明顯

通過在相同的運行工況、相同的使用條件下經公司計量專業人員使用專業計量設備，分時段對工頻狀態下和節能狀態下運行情況進行對比測量，節電效果明顯，煤氣加壓機節能率約為25.3%（投運后通過跟蹤運行得到驗證）。

年節電量估算（度）=年總用電量（萬度）×25.3%=123.16萬度（參考數：2015年1～12月四臺加壓機總耗電量486.79萬度，電價0.65元/度）。

年節電款（萬元）=年節電量（度）×電費單價（度/元）=80萬元。（不同時期供氣量有所變化，用電總量不同，節電效益相應變化）。

4 結束語

本次變頻節能改造充分考慮了生產工藝參數優化、系統安全性、現場控制便捷等因素，通過采集各種運行信號，運用傳統PID控制，根據“跟隨負荷同步”理論，應用成熟的變頻調控技術和節能調控技術，實時跟蹤負荷變化，調控拖動電機輸出功率與實際負荷需求相匹配，通過調試和實際運行，改造后整套裝置實際標準和運行狀況完全符合生產工藝的技術要求，節能效果明顯，達到了改造目的。

[1]上海聯達節能科技有限公司LDJ-GN-10kV/630節能裝置技術規格書.2012.

[2]陳宏.LDJ-GS-45型節能裝置在渣漿泵上的應用[J].中國高新技術企業，2011，04.

TF083

A

1004-7344（2016）32-0246-02

2016-10-28

歐志平（1982-），男，工程師，本科，主要從事電氣技術及設備管理方面的工作。