技術(shù)頻道

      森蘭變頻器在化工廠氫壓縮機上的應(yīng)用

      一. 概述
      在工業(yè)生產(chǎn)中,壓縮空氣的使用非常普遍。在工廠內(nèi),若干臺空氣壓縮機安裝在一個地方,就構(gòu)成一個空壓機站。四川自貢鴻鶴化工實業(yè)有限公司有一空壓機站,安裝有3臺110kW往復(fù)式活塞空壓機,用來壓縮氫氣。由于生產(chǎn)上使用氫氣的不均勻性,用氣量是在動態(tài)變化的,有時需要同時運行數(shù)臺氫壓縮機供氣,而有時連一臺氫壓縮機產(chǎn)的氣都用不完,但氫壓縮機仍在全速運行。氫壓縮機在出廠時都配套有排氣壓力調(diào)節(jié)裝置,儲氣罐內(nèi)的氫氣壓力超過設(shè)定壓力時,壓縮機進(jìn)氣管上蝶閥自動關(guān)閉,壓縮機進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)。當(dāng)儲氣罐內(nèi)氫氣低于設(shè)定的壓力時,壓縮機進(jìn)氣管上蝶閥自動開啟,壓縮機又進(jìn)入滿載工作狀態(tài)。設(shè)定值有一滯環(huán),例如設(shè)定儲氣罐內(nèi)的氫氣壓力為0.815MPa,滯環(huán)為0.045MPa,這種調(diào)節(jié)方式,供氣壓力的變化范圍就是0.045MPa。滿載時,空壓機的工作電流接近電動機額定電流;空轉(zhuǎn)卸荷時,空壓機的工作電流約為電動機額定電流的50%。這部分電流不是做有用功,而是機械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。雖然這種調(diào)節(jié)裝置也能調(diào)節(jié)壓力,但壓力的調(diào)節(jié)精度低,壓力波動大;壓縮機總是在額定轉(zhuǎn)速下工作,機械磨損大,電耗高。
      二. 壓縮機節(jié)能原理
      根據(jù)空氣壓縮理論,壓縮機的軸功率PZ(kW)、排氣量QD(m3/min)和軸轉(zhuǎn)速n(r/min)符合下列公式:
      式中:Mr壓縮機輸入的平均扭矩N m
      K—與氣缸容積、壓力、溫度和泄露有關(guān)的系數(shù)
      n2調(diào)節(jié)后的壓縮機轉(zhuǎn)速,r/min
      V—氣缸容積,m3
      根據(jù)上述理論分析,在壓縮機的氣缸容積不能改變的條件下,只有調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速能改變排氣量;壓縮機是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,壓縮機軸功率與轉(zhuǎn)速成正比變化;在壓縮機總排氣量大于供氣量時,通過降低壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力,是達(dá)到壓縮機經(jīng)濟運行的有效方法。
      三. 變頻恒壓供氣
      降低壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力,是達(dá)到壓縮機經(jīng)濟運行的有效方法,而變頻調(diào)速方法,是一種高效的調(diào)速方法??紤]在儲氣罐上安裝一只壓力變送器,將壓力信號反饋到變頻器的端子上,構(gòu)成恒壓供氣系統(tǒng),供氣壓力0.8MPa。本例選用一臺森蘭SB12S132KW變頻器,壓力變送氣選用森納斯DG13W=BZ-A,1.6MPa。恒壓供氣原理圖如圖7-1所示:
      變頻器控制第一臺壓縮機,給定調(diào)節(jié)用變頻器上的操作鍵盤,變頻器的多功能輸出Y1、Y2分別接第二和第三臺的壓縮機的自耦減壓起動器的起動/停止電路,這樣可由變頻器的輸出控制另外兩臺壓縮機的運行或停機。手動運行時,第一臺壓縮機由變頻器控制,第二和第三臺的壓縮機可用自耦減壓起動器人工起動/停止。自動運行時,第一臺壓縮機首先變頻運行,當(dāng)變頻器的輸出頻率已達(dá)到50Hz,供氣量仍不足,變頻器的輸出節(jié)點Y1、Y2動作,起動第二和第三臺的壓縮機工作;如供氣量大于給定值時,系統(tǒng)自動停止第二和第三臺的壓縮機工作,通過閉環(huán)調(diào)節(jié)可實現(xiàn)恒壓供氣。
      氫氣為可燃性氣體,壓縮機的工作場地有爆炸危險,SB12S系列變頻器的防護(hù)等級為IP21,顯然不能安裝在有爆炸危險的場合。將變頻安裝在沒有爆炸危險的配電房內(nèi),用遠(yuǎn)方控制盒在壓縮機旁進(jìn)行操作,遠(yuǎn)方控制盒也要考慮為本質(zhì)安全性的。
      四. 結(jié)束語
      壓縮機于2003年8月改造完成,經(jīng)過三個月的運行,達(dá)到了預(yù)想的目的。不論生產(chǎn)用氣如何改變,恒壓供氣的氣壓維持在0.8MPa左右,供氣質(zhì)量大幅度提高。節(jié)能方面,由壓縮機的公式可見,壓縮機消耗的軸功率PZ(kW)與軸轉(zhuǎn)速n(r/min)成正比,而壓縮機的排氣量QD(m3/min)又與軸轉(zhuǎn)速成正比,則壓縮機消耗的軸功率PZ(kW)就與壓縮機的排氣量QD(m3/min)成正比,即是:
      式中:Mr、K、V均為常數(shù),可見減少排氣量,可節(jié)省軸功率。經(jīng)實測節(jié)電率達(dá)到26%,取得了較好的經(jīng)濟效益。

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