甘澤生,鄒增濤

(青海堿業(yè)有限公司,青海 海西 817000)

變頻器恒壓供氣在水氣車間的應(yīng)用

甘澤生,鄒增濤

(青海堿業(yè)有限公司,青海 海西 817000)

簡(jiǎn)述風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能原理及恒壓控制方法,對(duì)我公司水氣車間風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速節(jié)能改造的措施和取得的節(jié)能效益進(jìn)行分析,揭示了風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置進(jìn)行節(jié)能改造、恒壓控制具有很大的實(shí)踐空間。

空氣壓縮機(jī);變頻調(diào)速;節(jié)能;PID調(diào)節(jié)

我公司水氣車間有4臺(tái)空壓機(jī),每一臺(tái)羅茨風(fēng)機(jī)出口空氣經(jīng)空壓機(jī)壓縮后給化工區(qū)各種儀表提供氣源,如氣源壓力波動(dòng)大,將會(huì)影響各車間的工藝參數(shù)、工藝狀況,給生產(chǎn)帶來很大的麻煩,這就要求保持風(fēng)機(jī)穩(wěn)定的出口壓力。在變頻技術(shù)應(yīng)用還未廣泛的時(shí)期,羅茨風(fēng)機(jī)出口供氣控制通常采用風(fēng)機(jī)恒速運(yùn)行加上調(diào)整出口閥門開度的方式調(diào)節(jié)供氣的出口壓力。而這種靠調(diào)節(jié)出口閥來進(jìn)行恒壓供氣的方式使得大量能量消耗在出口閥門而造成浪費(fèi),尤其在設(shè)備變負(fù)荷運(yùn)行時(shí),由于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行偏離高效點(diǎn),使運(yùn)行效率大大降低,結(jié)果是白白地浪費(fèi)掉大量的電能,已經(jīng)到了非改不可的地步。

1 恒壓供氣原理

1.1 供氣原理

變頻技術(shù)通過調(diào)速節(jié)約了在改變閥門開度上造成的能量浪費(fèi)。閥門控制法的本質(zhì)是風(fēng)機(jī)本身的供氣能力不變,通過改變氣路中的管阻大小來改變流量,以適應(yīng)空壓機(jī)對(duì)流量的需求。而轉(zhuǎn)速特性是在閥門開度不變的情況下,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來達(dá)到工藝要求的用氣量。將這兩種方法相比較可見,在流量相同的情況下,轉(zhuǎn)速控制避免了閥門控制下因壓頭的升高和管阻增大所帶來的能量損失。在流量減小時(shí),轉(zhuǎn)速控制使壓頭反而大幅度降低,所以它只需要一個(gè)比閥門控制小得多的,得以充分利用的功率。

1.2 PID調(diào)節(jié)

要想保持風(fēng)管壓力穩(wěn)定,首先必須電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,同時(shí)希望具有較高的控制質(zhì)量,我們希望持續(xù)時(shí)間短、超調(diào)量小、擺動(dòng)次數(shù)少。為了保證系統(tǒng)的精度,就要求系統(tǒng)有很高的放大系數(shù),然而放大系數(shù)一高,又會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,甚至系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩。反之,只考慮調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性,又無法滿足精度要求。因此,調(diào)節(jié)過程中,系統(tǒng)穩(wěn)定性與精度之間產(chǎn)生了矛盾。如何解決這個(gè)矛盾,變頻器采用一種PID控制方式來實(shí)現(xiàn)恒壓,當(dāng)用戶用氣量加大時(shí),管路壓力減小,變頻器轉(zhuǎn)速要提高以增加流量補(bǔ)充壓力;反之,用戶用氣量減小時(shí),管路壓力增大,變頻器轉(zhuǎn)速要降低,使流量適當(dāng)降低以使壓力恒定。簡(jiǎn)單地講, PID是由比例積分 PI和比例微分 PD“元件”組成的,通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,不斷調(diào)整修改比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間等參數(shù)為一合理值,來減小風(fēng)機(jī)出口壓力的波動(dòng)。

2 風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況及變頻改造措施

水氣車間空壓機(jī)崗位有4臺(tái)75 kW羅茨風(fēng)機(jī), 4臺(tái)風(fēng)機(jī)并列在氣體母管上,生產(chǎn)過程中為化工區(qū)各車間提供儀表氣源。隨著全廠負(fù)荷的變化,比如生產(chǎn)負(fù)荷減小,自動(dòng)閥隨之關(guān)小,相應(yīng)的儀表用氣量也減小,在這樣的低負(fù)荷下運(yùn)行的羅茨風(fēng)機(jī)會(huì)造成氣體母管超壓,該崗位的操作人員不得不采取風(fēng)機(jī)出口閥節(jié)流的方式運(yùn)行,但由于風(fēng)機(jī)離崗位操作人員工作場(chǎng)所很遠(yuǎn),氣體母管壓力變化較頻繁時(shí),運(yùn)行人員就會(huì)就近開啟水氣車間的氣體泄壓閥來調(diào)整氣體母管壓力,這樣的調(diào)整方式不僅使運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且浪費(fèi)了大量的電能。在隨后的技改工程中,采用變頻器配合壓力變送器實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的改造方案徹底解決了儀表用氣壓力調(diào)整的問題。

原風(fēng)機(jī)電機(jī)功率75 kW,采用直接啟動(dòng),氣體母管壓力用出口閥、或泄壓閥來調(diào)整。改造后為羅茨風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)配備了變頻裝置,合理設(shè)置電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間和電機(jī)加減速時(shí)間就可有效地實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng),降低啟動(dòng)電流。在氣體出口管上裝設(shè)壓力變送器,將出口管的壓力轉(zhuǎn)化為4～20 mA的信號(hào)通過壓力數(shù)顯表送入變頻器(如圖1),變頻器將這個(gè)信號(hào)與設(shè)置的壓力給定值比較后自動(dòng)調(diào)整變頻器的輸出轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)恒壓供氣的自動(dòng)閉環(huán)控制。在壓力數(shù)顯表上設(shè)定壓力上限值,當(dāng)壓力高于上限并且轉(zhuǎn)速為零速時(shí),變頻器自動(dòng)停止運(yùn)行處于熱待機(jī)狀態(tài),待壓力低于上限值時(shí),變頻自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 變頻恒壓控制原理圖

改造后,運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低,再也不用頻繁調(diào)整風(fēng)機(jī)出口閥和泄壓閥了,為了詳細(xì)核算風(fēng)機(jī)變頻改造后的節(jié)電效益,車間的電氣專工做了半年的統(tǒng)計(jì)工作,用這半年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與改造前的一年運(yùn)行數(shù)據(jù)比較后發(fā)現(xiàn),該風(fēng)機(jī)變頻改造后平均運(yùn)行電流下降了約30 A,年節(jié)電24萬kW·h,節(jié)電率達(dá)28%,年節(jié)能收益6萬元,使得改造投入的10萬元不到2年就可收回,效益可觀。

3 總 結(jié)

通過風(fēng)機(jī)變頻改造的實(shí)踐,驗(yàn)證了風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置節(jié)能改造的潛力,而且還可降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,減少機(jī)械磨損,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,因此采用變頻裝置對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造、恒壓控制在各行各業(yè)中都會(huì)有很大的實(shí)踐空間。

[1] 厲無咎.變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)[A].1995年中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)年會(huì)[C],上海電器技術(shù)

[2] 郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:中國電力出版社,2001

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