森蘭變頻器在化工廠氫壓縮機(jī)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(tái)空氣壓縮機(jī)安裝在一個(gè)地方，就構(gòu)成一個(gè)空壓機(jī)站。四川自貢鴻鶴化工實(shí)業(yè)有限公司有一空壓機(jī)站，安裝有3臺(tái)110kW往復(fù)式活塞空壓機(jī)，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(dòng)態(tài)變化的，有時(shí)需要同時(shí)運(yùn)行數(shù)臺(tái)氫壓縮機(jī)供氣，而有時(shí)連一臺(tái)氫壓縮機(jī)產(chǎn)的氣都用不完，但氫壓縮機(jī)仍在全速運(yùn)行。氫壓縮機(jī)在出廠時(shí)都配套有排氣壓力調(diào)節(jié)裝置，儲(chǔ)氣罐內(nèi)的氫氣壓力超過設(shè)定壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上蝶閥自動(dòng)關(guān)閉，壓縮機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài)。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氫氣低于設(shè)定的壓力時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上蝶閥自動(dòng)開啟，壓縮機(jī)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(chǔ)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(shí)，空壓機(jī)的工作電流接近電動(dòng)機(jī)額定電流；空轉(zhuǎn)卸荷時(shí)，空壓機(jī)的工作電流約為電動(dòng)機(jī)額定電流的50%。這部分電流不是做有用功，而是機(jī)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(dòng)大；壓縮機(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械磨損大，電耗高。

二. 壓縮機(jī)節(jié)能原理
根據(jù)空氣壓縮理論，壓縮機(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速，r/min
V—?dú)飧兹莘e，m3
根據(jù)上述理論分析，在壓縮機(jī)的氣缸容積不能改變的條件下，只有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速能改變排氣量；壓縮機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，壓縮機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速成正比變化；在壓縮機(jī)總排氣量大于供氣量時(shí)，通過降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方法。

三. 變頻恒壓供氣
降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供氣壓力，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)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。考慮在儲(chǔ)氣罐上安裝一只壓力變送器，將壓力信號(hào)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(tái)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(tái)壓縮機(jī)，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(tái)的壓縮機(jī)的自耦減壓起動(dòng)器的起動(dòng)/停止電路，這樣可由變頻器的輸出控制另外兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行或停機(jī)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，第一臺(tái)壓縮機(jī)由變頻器控制，第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)可用自耦減壓起動(dòng)器人工起動(dòng)/停止。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，第一臺(tái)壓縮機(jī)首先變頻運(yùn)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(diǎn)Y1、Y2動(dòng)作，起動(dòng)第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作；如供氣量大于給定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止第二和第三臺(tái)的壓縮機(jī)工作，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)恒壓供氣。
氫氣為可燃性氣體，壓縮機(jī)的工作場地有爆炸危險(xiǎn)，SB12S系列變頻器的防護(hù)等級(jí)為IP21，顯然不能安裝在有爆炸危險(xiǎn)的場合。將變頻安裝在沒有爆炸危險(xiǎn)的配電房內(nèi)，用遠(yuǎn)方控制盒在壓縮機(jī)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(jī)于2003年8月改造完成，經(jīng)過三個(gè)月的運(yùn)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(jī)的公式可見，壓縮機(jī)消耗的軸功率P_Z（kW）與軸轉(zhuǎn)速n（r/min）成正比，而壓縮機(jī)的排氣量Q_D（m³/min）又與軸轉(zhuǎn)速成正比，則壓縮機(jī)消耗的軸功率P_Z（kW）就與壓縮機(jī)的排氣量Q_D（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(shí)測節(jié)電率達(dá)到26%，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益