摘 要：通過對離心式循環(huán)壓縮機運行工藝的了解，山東某化工企業(yè)采用英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器對電機進行調(diào)速改造，取得了很大的節(jié)能效益。
關(guān)鍵詞：離心式循環(huán)壓縮機 高壓變頻器 節(jié)能
一、引言
山東某化工企業(yè)主要以重油的生產(chǎn)和銷售為主，主要產(chǎn)品包括93#、90#車用無鉛汽油，液化氣、柴油、焦炭、輕質(zhì)油、丙烯等;其中高壓變頻器應(yīng)用在丙烯車間的循環(huán)氣壓縮機上。此負載設(shè)備為離心式循環(huán)壓縮機，參數(shù)如下：
二、應(yīng)用環(huán)境分析
工藝流程如圖1所示：
圖1 丙烯收集系統(tǒng)工藝流程圖
在實際應(yīng)用中，工頻時每次啟動壓縮機都是重載啟動，啟動起來十分不容易，同時還給工藝上帶來很大隱患，比如噪音大，啟動電流大，影響設(shè)備壽命、壓力突變等。另外，由于負載的波動性較大，電機很少在滿載情況下運行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來調(diào)節(jié)流量，浪費嚴重，能耗較高，運行十分不經(jīng)濟。為了解決這一系列問題，通過多方調(diào)研，我廠決定采用高壓變頻器對電機進行調(diào)速改造。
三、系統(tǒng)方案提出
3.1變頻調(diào)速原理
按照電機學(xué)的基本原理，電機的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
式中：P-電機極對數(shù);f-電機運行頻率;s-滑差。
從式中看出，電機的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小(0-0.05)，電機的實際轉(zhuǎn)速n約等于電機的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉(zhuǎn)速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機成立的電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ ………②
式中：E-電機電動勢，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通。
對異步電機調(diào)速時，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時，供電電壓也應(yīng)跟著變化。
3.2 高壓變頻器技術(shù)路線的選擇
目前，因為功率器件耐壓的限制，高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓撲結(jié)構(gòu)。目前，市場上主流的高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平的拓撲結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由于這種結(jié)構(gòu)是利用低壓功率器件實現(xiàn)高壓，巧妙的避開了電力電子功率器件耐壓不足的問題。同時通過前端的移相變壓器，實現(xiàn)了多脈沖整流，具有對電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點，有些廠家又把這種變頻器稱為“完美無諧波變頻器”。在變頻器的內(nèi)部控制上，利用功率單元輸出波形的移相疊加，形成多電平輸出電壓波形，可以直接適配普通國產(chǎn)異步電機，對電機的絕緣沒有特殊要求，并且具有脈動轉(zhuǎn)矩小，無共模電壓的明顯優(yōu)點。因為技術(shù)成熟，低壓功率器件易于采購，因此成為市場上的主流方案。通過廠家的介紹和其它兄弟單位的現(xiàn)場考察，確定了英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器GD5000系列產(chǎn)品。
圖3 現(xiàn)場運行的高壓變頻器
3.3 一次主回路方案
主回路由用戶開關(guān)、3個高壓隔離開關(guān)QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成(如圖3)。其中要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現(xiàn)互鎖。高壓隔離開關(guān)QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用用戶開關(guān)的輔助觸點閉鎖。只有當用戶開關(guān)斷開時，QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開，變頻器得電啟動后，電機處于變頻運行狀態(tài);工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開，用戶開關(guān)閉合后，電機實現(xiàn)工頻直接啟動，恢復(fù)改造前的運行狀態(tài)。
圖4 一拖一手動旁路
四、整體使用效果
4.1 現(xiàn)場技術(shù)數(shù)據(jù)：
改變頻后比工頻運行時的參數(shù)對比表：
功率差值：ΔP= Pd-Pb =342-266=76kW
年節(jié)電量：ΔC= Cd-Cb =76*7200=54.7萬kW?h
節(jié)電率：(ΔP/Pd)×100% =(76/ 342)×100% =22%
節(jié)約電費若以上網(wǎng)電價0.56元/度計算，則每年壓縮機改變頻可節(jié)約電費為：54.7×0.56=30.6萬元。
4.2 變頻器運行情況：
采用變頻調(diào)速后，帶來的最大好處有以下幾點：
1) 電機實現(xiàn)軟啟動，電機啟動電流遠遠小于額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沖擊很小。
2) 壓縮機出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設(shè)備嘯叫嚴重，能達到120分貝;改變頻后壓差為0.8公斤，噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動機械轉(zhuǎn)矩對電機機械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機的使用壽命，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命;同時極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節(jié)約大量維護費用。
3) 輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無用功，浪費極大。
4) 提高了功率因數(shù)。
五、客戶評價
通過對離心式壓縮機改造前后的對比，達到了預(yù)期的節(jié)能效果，給用戶的生產(chǎn)降低了成本減少了生產(chǎn)設(shè)備的維護工作;目前英威騰GD5000高壓變頻器運行穩(wěn)定，生產(chǎn)持續(xù)，受到生產(chǎn)車間、維護班組和公司領(lǐng)導(dǎo)的高度評價。
六、結(jié)束語
通過對循環(huán)氣壓縮機的電機變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運行過程中出現(xiàn)的啟動困難問題，改善了生產(chǎn)工藝，延長了設(shè)備檢修周期，并且取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著高壓變頻器市場的進一步成熟，將會有越來越多的設(shè)備列入改造之列，為國家的節(jié)能減排做出突出貢獻。
（轉(zhuǎn)載）
