空壓站恒壓變頻控制改造

吳蘊(yùn)憲

空氣壓縮機(jī)是工業(yè)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)產(chǎn)品，常說的電氣與自動化里就有全氣動的含義；而空氣壓縮機(jī)就是提供氣源動力是氣動系統(tǒng)的核心設(shè)備機(jī)電引氣源裝置中的主體，它是將原動（通常是電動機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。

由于壓縮機(jī)需要考慮在滿負(fù)荷運行的可能性，設(shè)計時一般是最大需求來進(jìn)行設(shè)計電動機(jī)的容量，故設(shè)計容量一般偏大。在實際運行中，空載運行的時間所占的比例是非常高的。因此如果采用變頻調(diào)速，可以提高運行時的工作效率，節(jié)能的潛力很大。

原系統(tǒng)工況分析

空壓機(jī)站有兩臺空壓機(jī)，1#空壓機(jī)為為09年購置的阿特拉斯·科普柯空壓機(jī)，2#空壓機(jī)為12年購置的莫西尼空壓機(jī)，均為螺桿式空壓機(jī)。螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過程主要為吸氣、傳輸、壓縮、排氣四個過程，通過螺桿的運動，壓縮螺桿與殼體的空間，使得空氣壓力升高，通過排氣口輸出至儲氣罐，再經(jīng)過冷干，油氣分離，傳輸至用氣單位供使用。

在實際生產(chǎn)中，當(dāng)用氣單位的用氣量小于空壓機(jī)的排氣量時，傳輸空氣的管網(wǎng)壓力就會增加。當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到空壓機(jī)所設(shè)定的卸載壓力值0.85Mpa時，空壓機(jī)進(jìn)入卸載狀態(tài)，停止空氣輸出，此時電機(jī)仍然處于工頻運行，產(chǎn)生大量能耗，卻沒有空氣輸出，屬于非經(jīng)濟(jì)運行。當(dāng)管網(wǎng)壓力繼續(xù)降低至0.75Mpa時，空壓機(jī)切換到加載狀態(tài)，恢復(fù)空氣輸出，管網(wǎng)壓力再次升高，如此循環(huán)。

空氣壓機(jī)運行時間統(tǒng)計（h）

兩臺空壓機(jī)運行時空載比例分別為：42.59% ，和32.98%

原系統(tǒng)存在的問題：

1.生產(chǎn)單位用氣量小時，電機(jī)長期空載，屬于非經(jīng)濟(jì)運行，電能浪費嚴(yán)重

2.頻繁加載卸載導(dǎo)致輸出的空氣壓力上下波動，影響用氣單位使用

3.加載運行時，工頻啟動機(jī)械沖擊大，加快電機(jī)軸承磨損，減少設(shè)備使用壽命，增加了設(shè)備維護(hù)成本

4.電機(jī)長時間工頻運行致使噪音很大

制定方案

本合理化小組根據(jù)原工況存在的問題并結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，制定空壓機(jī)變頻改造后系統(tǒng)應(yīng)有如下功能：

1.取消卸載運行模式，避免電機(jī)長期工頻運行，降低能耗

2.電機(jī)通過變頻運行保持恒壓供氣，減少氣壓波動

3.一臺變頻器能控制兩臺空壓機(jī)組，并能實現(xiàn)工頻與變頻運行切換

4.系統(tǒng)機(jī)械噪音不應(yīng)超過允許范圍

在原有的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加由變頻器、壓力變送器和電機(jī)組成的壓力控制系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使儲氣罐內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定在設(shè)定范圍內(nèi)，進(jìn)行恒壓變頻控制。

實施方案

通過綜合設(shè)計，兼顧施工便利與現(xiàn)場整潔，在兩臺空壓機(jī)之間安裝變頻器，在儲氣罐處安裝壓力變送器，采用PID調(diào)節(jié)控制，把儲氣罐壓力作為控制對象，通過壓力變送器將儲氣罐內(nèi)的空氣壓力轉(zhuǎn)換為電流信號反饋回智能控制器，與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較運算，控制變頻器輸出頻率，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)變頻啟動。

為了進(jìn)一步提高空壓機(jī)站的可操作性和安全性，安裝了第二臺變頻器，兩臺變頻器互為備用，并且任意一臺變頻器均可以控制兩臺空壓機(jī)組，從而實現(xiàn)控制系統(tǒng)的“雙通道互換”，在任意一臺變頻器或空壓機(jī)出現(xiàn)故障無法正常使用時，整套系統(tǒng)仍然可以保障正常供氣。

恒壓控制

經(jīng)過一段時間的觀察調(diào)試，結(jié)合設(shè)備廠家的建議，綜合考慮用氣單位反饋意見，最終將變頻器恒壓運行時最低頻率設(shè)定為30Hz，啟動壓力設(shè)定為0.7Mpa，停機(jī)壓力設(shè)定為0.78Mpa，避免了電機(jī)長時間工頻運行，同時維持出口空氣壓力穩(wěn)定。

改造后成果

1.生產(chǎn)成本降低

2013年8至10月每月用電量與12年同期相比，有較大幅度降低，分別同比下降43.78%，52.60%，54.86%

2013年8月份改造完成后，空壓站8至10月平均每月用電29326Kw/h，比前七個月平均每月用電量41197Kw/h環(huán)比下降11871KW/h，按照2013年工業(yè)用電平均每度約0.75元計算，平均每月節(jié)約8903.25元。

2014年空氣壓縮機(jī)用電量統(tǒng)計（kW/h）

2014年空氣壓縮機(jī)用電量統(tǒng)計（kW/h）

2、輸出壓力穩(wěn)定

采用變頻控制系統(tǒng)后，可以實時監(jiān)測儲氣罐內(nèi)氣體的壓力，使供氣管路中的氣體的壓力保持穩(wěn)定，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3、使用壽命延長

空壓機(jī)啟動時采用變頻模式，啟動電流小，根據(jù)用氣量自動調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，運行頻率低，轉(zhuǎn)速慢，機(jī)械磨損小，延長了設(shè)備使用壽命，降低了維護(hù)工作量。

4、系統(tǒng)噪音降低

電機(jī)運轉(zhuǎn)頻率低，機(jī)械轉(zhuǎn)動噪音因此變小，通過變頻調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式，不用反復(fù)加載、卸載，頻繁加卸載，氣壓不穩(wěn)定的噪音也得以消除。

5、系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)

改造后系統(tǒng)可以在原系統(tǒng)和變頻系統(tǒng)之間切換，增加了整套系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力。