空壓機改造前運行情況

某集團公司為鋼鐵行業(yè)耐火材料制品供應商，此次改造的空壓機站共由4臺空壓機組成，分別為一臺250kW開山和三臺110kW開山螺桿式空壓機。

設備改造前，四臺空壓機全部工作在工頻狀態(tài)。壓力采用兩點式控制（上、下限控制），也就是當空壓機氣缸內壓力達到設定值上限時，空壓機通過本身的油壓關閉進氣閥，當壓力下降到設定值下限時，空壓機打開進氣閥。這樣就導致空壓機頻繁的卸載和加載，經(jīng)常是晚班用氣量少，而空壓機全速運行，此時這部分電能被白白地浪費。因此對螺桿空壓機進行改造，使其節(jié)能、提高設備穩(wěn)定性、減少維護成本、降低噪音污染是非常有必要的。

變頻節(jié)能改造方案設計要求

根據(jù)原工況存在的問題并結合生產(chǎn)工藝要求，空壓機改造后系統(tǒng)需滿足以下要求：

1.能根據(jù)實際生產(chǎn)的用氣量調節(jié)空壓機產(chǎn)氣量，既能滿足生產(chǎn)要求，同時又降低能耗。

2.系統(tǒng)有變頻和工頻兩套控制回路，并在空壓機出現(xiàn)故障時，能有效控制空壓機漏油問題。

3.原有系統(tǒng)采用變頻器進行調速后，不能改動空壓機原來的主回路以及二次回路的控制方式。

4.降低運行噪音，特別在啟動時和滿負載運行時，噪聲要明顯減小。

空壓機變頻改造實施方案

空壓機的主電動機是250kW的電動機，額定電流450A，技術人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇合適的變頻器來控制空壓機，通過遠傳壓力表來反饋儲氣罐的壓力，當反饋壓力高于生產(chǎn)需求壓力時，變頻器降頻運行，直至設置的下限頻率，當下限頻率持續(xù)運行300S后，變頻休眠；當反饋壓力低于需求壓力時，變頻器頻率上升，空壓機加載運行。電氣系統(tǒng)采用工變頻旁路設計，當變頻器出現(xiàn)故障時，可以通過旋轉工變頻旁路開關切換到原有工頻運行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其電氣主回路圖如下:

改造前的主電動機一直全速運行，在運行的過程中，氣壓是一直往上升的（就算生產(chǎn)工藝不需要那么大壓力），當儲氣罐壓力一直上升到上限壓力，這時空壓機才會停止加載。通常在設置這個參數(shù)值的時候，一般會綜合考慮設備的使用率和生產(chǎn)工藝的需要，上限值一般會設置比實際需要值大2bar的壓力作為上限，排氣壓力升高會對功率消耗產(chǎn)生影響，壓力每升高1bar消耗功率增加6%左右。

在采用變頻器PID恒壓控制系統(tǒng)后，變頻調速系統(tǒng)將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣罐的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變?yōu)殡娦盘杺鹘o控制器內部的PID調節(jié)器，與壓力給定值進行比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進行運算，產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的輸出電壓和逆變頻率，調整電動機的轉速，從而使實際壓力始終維持在設定壓力，從而得到恒定的氣壓。

變頻器針對主電動機啟動時對電流、設備的沖擊，使用優(yōu)化后的SPWM算法，使電動機平穩(wěn)啟動，同時增加啟動力矩，還減少沖擊電流對其他設備的干擾；在加速過程采用了先進的多點加速曲線，減少因快速啟動對機頭的軸承和主螺桿的磨損，可以大大地增加設備的使用壽命及機械設備的維護周期。另外，如果變頻器一旦出現(xiàn)故障，生產(chǎn)工藝不允許空氣壓縮機停機，因此，系統(tǒng)設置了工頻與變頻切換功能，這樣當變頻器出現(xiàn)故障時，電源通過工頻接觸器直接供電，使空壓機能照常工作。

節(jié)能效果

250kW的普通機組，一年運行8759小時，其中加載時間2442小時，卸載時間6317小時，電費以0.7元/度計算。

1、空載損耗：

卸載時間×卸載時所產(chǎn)生的空載電流損耗（1.732×0.38×175×0.85）×6317小時/年=618442度電；但考慮到螺桿空壓機在低頻時能保證潤滑不漏油，一般需將變頻下限頻率設為30Hz，其變頻節(jié)約電量為：618442×40%=247377度。

2、壓差損耗：

加載時間×高出1bar壓差所帶來的損耗0.6×7%×250kW×2442小時/年=25641度。

綜上所述，變頻機組較普通機組節(jié)能247377+25641=273018度電。

年節(jié)約電費273018×0.7元/度=191111元。

系統(tǒng)改造中應注意的問題

1、螺桿機組不能反向運轉，改造時必須注意電機運行方向。

2、將加載壓力調到與設定壓力相等（因變頻器設有下限頻率），這樣防止在卸載狀態(tài)下變頻器加速作無用功。

3、需注意電動機的散熱問題，電動機采用變頻進行調速后，轉速降低，其電機風扇的散熱效果也要降低。

4、需注意空壓機的潤滑問題，空壓機的轉速越低，潤滑油的耗量也就越小，其潤滑效果越差。

5、系統(tǒng)壓力設定問題在滿足生產(chǎn)工藝的要求下，壓力設定越低越好，因為空壓機的排氣壓力越高，所需的電機軸功率越大，電機耗電也就越多。