螺桿式空壓機節能改造方案探討

劉國亮，高 強，丁紅巖，楊衛鋒，徐金文

(中國化工正和集團股份有限公司，山東 東營 257342)

螺桿式空壓機在石油化工行業中應用非常廣泛，為石油化工生產提供凈化風和非凈化風，是儀表器件用風的動力來源。螺桿式壓縮機的供氣是使用頻繁的加載和卸載來控制空壓機。由于不同空壓機設備工作的工作周期和產品工藝有所不同，特別是工藝生產中容易造成風壓波動，容易引起用氣量的波動，用氣量和產氣量的波動會引起空壓機的加載和卸載頻繁工作。造成不可避免的電耗損失和設備本身的機械磨損，進而造成設備的使用壽命下降；加載和卸載是瞬間發生的，頻繁的加載和卸載會影響電力管網的平穩運行。因此對空壓機進行變頻改造有助于解決以上問題。達到實現節能降耗、減少機械磨損和延長設備使用壽命的目的。本文對空壓機在工頻運行和變頻運行的優缺點進行了比較，并對在變頻運行工況下進行了舉例驗證。

1 螺桿式空壓機工頻運行

螺桿式空壓機配備的電機一般都較大，并且啟動方式為直接啟動，加載和卸載方式均是瞬時進行，空壓機在啟動時的電動機的啟動電流是額定電流的3～5倍，啟動電流很大，容易引起電網電壓的波動，壓縮氣源也不穩定，而且還會使設備的機械磨損增加，影響設備的使用壽命。

2 螺桿式空壓機變頻運行

1)對螺桿式空壓機進行變頻改造，能夠實現電機的軟起、軟停，減小電機啟動時對設備造成的沖擊，進而延長了設備的使用壽命。

2)電機的運行可以在改變頻率的情況下實現轉速的變化，系統可以根據用氣量的多少自動調節電源頻率，以改電機的運轉速度，不用電機頻繁啟動，就能實際整個供氣系統穩定，進而實現了節電的效果。

3)系統由于使用了變頻器進行控制，不但電網電壓穩定，而且變頻調節的特點，使電機在運行速度改變，從而實際壓縮機風壓的穩定，調節過程是平滑穩定的，風壓系統沒有起浮波動，提高了供風系統的質量和穩定。

3 螺桿式空壓機變頻改造的技術特點

在進行變頻改造時不改變原電路，只在配電室內主電路上加一臺變頻器，螺桿式空壓機電路沒有變化，原電路系統保留，在變頻器發生故障或檢修時，能切換到工頻上運行。這樣，空壓機在變頻和工頻兩種狀態下都可以可運行，并且空壓機的操作保持不變。

4 壓風機經過變頻改造后的運行狀況分析

與傳統的控制方式相比，主要優點是，實現變頻改造后的壓風機的產氣量可以根據生產的實際需要來進行運作，大大降低了因波動產生的能耗損失，目前看是比較好的改造方式。

以下對某公司螺桿式空壓機改造前、后運行數據進行舉例說明。

某空壓機改造前的運行工況條件如表1所示。

表1 空壓機改造前的運行工況

空壓機負載的轉速n、流量Q、軸功率P的關系為Q1=Q2(n1/n2)、P1=P2(n1/n2)，其流量和功率為線性正比關系。

空壓機在實現變頻改造前的壓風機運行工況(24 h)的用電量計算如下所示：

W前=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)×24=(0.1+0.3×0.9+0.3×0.85+0.2×0.8+0.1×0.6)×P0×24=(0.1+0.27+0.255+0.16+0.06)×P0×24 =0.845×P0×24=20.28·P0(kWh)

空壓機變頻改造后的運行情況(24 h)如表2所示。

表2 空壓機改造后運行工況

空壓機每日用電量計算如下：

W后=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)×24=(0.1+0.3×0.7+0.3×0.5+0.2×0.3+0.1×0.1)×P0×24=(0.1+0.21+0.15+0.06+0.01)×P0×24=0.53×P0×24=12.72·P0(kWh)

每24 h節省電量如下：

=W前-W后

=20.28P0-12.72P0

=7.56P0(kWh)

節電率：7.56P0/20.28P0×100%=37.3%

5 結束語

根據經過變頻改造后的螺桿式空壓機實際運行情況及數據分析看，改造后的螺桿式空壓機在變頻工況下的運行效果比較穩定，并且能夠實現節約電耗，減少設備的機械磨損，有助于保護設備，延長設備的使用壽命。同時能夠降低噪聲，根據改造前、后的測試表明，與改造前相比，噪聲下降3～7 dB。改造后的這種工況下壓縮機的運行效率明顯提高，節能變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較，節能效果明顯。