燃氣鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計分析

冀曉烽

摘要：在燃氣生產(chǎn)、使用過程中，采用變頻器對鼓風(fēng)機、水泵及油泵等進行速度控制，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)節(jié)風(fēng)量與流量，還能夠節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益，因而在得到了廣泛普及和應(yīng)用。文章以一個實例探討了燃氣鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計以及使用效果。

關(guān)鍵詞：燃氣；鼓風(fēng)機；變頻調(diào)速系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TM921 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0012-02

變頻調(diào)速的不僅實現(xiàn)了電機寬范圍無級調(diào)速和系統(tǒng)的壓力、流量等重要工藝的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，同時由于電機轉(zhuǎn)速可調(diào)，還能夠大幅度降低風(fēng)機出現(xiàn)飛動現(xiàn)象，使得風(fēng)機的振動減少，生產(chǎn)噪聲也相對減小。另外，因為使用變頻調(diào)速技術(shù)，能夠使風(fēng)機機后壓力可以實現(xiàn)穩(wěn)定自動調(diào)節(jié)，從而提高了管網(wǎng)的安全運行可靠性，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中得到了大范圍的應(yīng)用和普及。

1 實例概況

某市居民用戶以及公建用戶燃氣用量占到供應(yīng)燃氣總量的約85%，同時該市燃氣用量極不均衡，通常集中在午間和晚間兩個高峰。燃氣公司在燃氣供用量上也存在不均衡的問題，一直習(xí)慣于頻繁開停風(fēng)機的方法，極大的增加了勞動強度，與此同時風(fēng)機出口燃氣壓力的波動較大，極易出現(xiàn)操作失誤，從而導(dǎo)致了風(fēng)機出口壓力低于下限，給安全生產(chǎn)帶來重大隱患。為了有效降低風(fēng)機出口燃氣壓力波動和工作人員勞動強度，該市引入了變頻調(diào)速技術(shù)。共采用了3臺1-3號大小的大風(fēng)機，使用160kw的電動機，選擇了2臺4-5號的小風(fēng)機，選擇了75kW電機。每日有8小時左右燃氣用量極小，而在用氣高峰時間3小時內(nèi)燃氣用量可以達到全天用量的40%左右。

2 燃氣鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計時，僅把3號大風(fēng)機改造成變頻調(diào)速，同時還對1號和2號風(fēng)機的有關(guān)設(shè)備進行了改造并與之聯(lián)鎖操作。

（1）如果為中等用氣量，采用3號機單機變頻運行的方式，同時風(fēng)機出口壓力應(yīng)當(dāng)始終維持在35kPa。如果用戶用氣量在某一個范圍內(nèi)開始出現(xiàn)波動時，應(yīng)當(dāng)保證3號機單機變頻運行可以保持風(fēng)機出口壓力始終維持在35kPa，此時的壓力波動極小，低于0.2kPa。

（2）如果燃氣用量極小時，可以讓3號機單機變頻運行，同時應(yīng)當(dāng)采取這種設(shè)置方式：如果頻率不超過25Hz，同時實際壓力不超過35kPa且在2.5分鐘以內(nèi)時，那么應(yīng)當(dāng)將PCL自動將設(shè)定總輸氣壓力上升到58kPa，等到實際壓力已經(jīng)上升達到58kPa時，風(fēng)機就會自動停車，與此同時可以把設(shè)定壓力自動減小到35kPa。如果實際壓力不高于35kPa且時間持續(xù)30秒時，應(yīng)當(dāng)啟動3號風(fēng)機變頻運行。經(jīng)過這樣的反復(fù)啟動和停車，鼓風(fēng)機會在2小時左右啟動一次，確保管網(wǎng)燃氣壓力和小量用氣。

（3）如果用氣量較小時的情況下，出口壓力波動維持在（35±2）kPa。此時頻率不超過25Hz且時間長于2.5分鐘，但是并未達到實際壓力不超過35kPa時間長于2.5分鐘的要求，所以PCL就不能夠把設(shè)定總輸氣壓力上升達到58kPa。同時，這種情況下頻率波動范圍通常較大且較為頻繁，而且風(fēng)機的轉(zhuǎn)速頻繁地借助臨界進行轉(zhuǎn)速，利用變頻調(diào)速能夠穩(wěn)定風(fēng)機出口壓力波動能夠一直處在（35±2）kPa。實際生產(chǎn)中，為了盡可能降低這種操作發(fā)生的頻率，需要經(jīng)常停變頻風(fēng)機，并且開小風(fēng)機運轉(zhuǎn)。

（4）如果變頻風(fēng)機和其他大風(fēng)機共同配合運行，并且風(fēng)機出口壓力始終維持在（45±1）kPa。實際生產(chǎn)中，3號風(fēng)機變頻滿負荷，也即是50Hz運行，但是總輸氣壓力依然不超過設(shè)定壓力，也即是35Hz時，在持續(xù)滿負荷運行達到1.5分鐘之后，PLC就可以啟動1或者2號風(fēng)機，然后采取工頻運行的方式來補充，同時還會把設(shè)定壓力提升至45kPa。如果遇到氣量減少，同時實際輸氣壓力已經(jīng)超過設(shè)定值但是變頻風(fēng)機穩(wěn)定在0Hz運行時間已經(jīng)長達10秒后，那么PLC就會切除1號風(fēng)機或者2號風(fēng)機，并且把設(shè)定壓力減少到35kPa。

（5）還應(yīng)考慮到報警信號。實際生產(chǎn)中可以設(shè)置總輸氣壓力高低限報警以及儲氣罐高限報警、變頻故障報警等多種報警形式。

3 應(yīng)用效果分析

（1）壓送單位燃氣量耗電量分析。使用該系統(tǒng)前1-11月份，該市壓送1000m3燃氣耗電量達到了27.825KW·h，使用后這一數(shù)值降低到了24.761KW·h。

（2）鼓風(fēng)機運行壓力的變化分析。該市0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07MPa升壓下所對應(yīng)的1000m3燃氣所消耗的電能分別為7.4、13.0、16.3、20.7、25.8、32.5KW·h，從中可以計算出每升壓0.01Mpa，該市每1000m3燃氣所消耗的電能就可以提高5.1KW·h。同時從午、晚高峰的用氣情況來看，此時兩臺大風(fēng)機運轉(zhuǎn)，使用變頻后風(fēng)機出口壓力能夠始終維持在約0.045MPa。而變頻前采取的是一臺大風(fēng)機運轉(zhuǎn)，同時通過幾臺小風(fēng)機的頻繁開停來穩(wěn)定其供需平衡，這種情況下風(fēng)機出口壓力波動始終保持在0.03-0.055Mpa這一范圍內(nèi)，平均可以達到0.045Mpa左右。因而我們可以發(fā)現(xiàn)變頻前后風(fēng)機耗電接近。使用變頻調(diào)速后風(fēng)機出口壓力維持在約0.035Mpa，每日達到8小時左右，而這段時間內(nèi)達到2萬m3，占到每日供氣量的40%左右，但是使用變頻前風(fēng)機出口壓力的波動一般維持在在0.030-0.058Mpa這一范圍內(nèi)，平均約為0.045MPa。我們假設(shè)風(fēng)機出口壓力每減少0.01Mpa時，就能夠供應(yīng)1m3，相應(yīng)的燃氣能夠降低電耗0.0051KW·h，那么每日就能夠節(jié)電102KW·h，可以占到風(fēng)機日耗電總量的8.5%。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)力的不斷提高，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)能夠成為燃氣鼓風(fēng)機流量調(diào)節(jié)的主要手段，采用變頻調(diào)速技術(shù)所帶來的生產(chǎn)的便利性、高效性以及節(jié)能特性是其他調(diào)節(jié)手段所無法不可比擬的。

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