变频器恒压供气在水气车间的应用

2010-09-08甘泽生邹增涛

纯碱工业 2010年4期

关键词：母管恒压供气

甘泽生,邹增涛

(青海碱业有限公司,青海海西 817000)

变频器恒压供气在水气车间的应用

甘泽生,邹增涛

(青海碱业有限公司,青海海西 817000)

简述风机变频调速节能原理及恒压控制方法,对我公司水气车间风机采用变频调速节能改造的措施和取得的节能效益进行分析,揭示了风机采用变频调速装置进行节能改造、恒压控制具有很大的实践空间。

空气压缩机;变频调速;节能;PID调节

我公司水气车间有4台空压机,每一台罗茨风机出口空气经空压机压缩后给化工区各种仪表提供气源,如气源压力波动大,将会影响各车间的工艺参数、工艺状况,给生产带来很大的麻烦,这就要求保持风机稳定的出口压力。在变频技术应用还未广泛的时期,罗茨风机出口供气控制通常采用风机恒速运行加上调整出口阀门开度的方式调节供气的出口压力。而这种靠调节出口阀来进行恒压供气的方式使得大量能量消耗在出口阀门而造成浪费,尤其在设备变负荷运行时,由于风机的运行偏离高效点,使运行效率大大降低,结果是白白地浪费掉大量的电能,已经到了非改不可的地步。

1 恒压供气原理

1.1 供气原理

变频技术通过调速节约了在改变阀门开度上造成的能量浪费。阀门控制法的本质是风机本身的供气能力不变,通过改变气路中的管阻大小来改变流量,以适应空压机对流量的需求。而转速特性是在阀门开度不变的情况下,通过调节转速来达到工艺要求的用气量。将这两种方法相比较可见,在流量相同的情况下,转速控制避免了阀门控制下因压头的升高和管阻增大所带来的能量损失。在流量减小时,转速控制使压头反而大幅度降低,所以它只需要一个比阀门控制小得多的,得以充分利用的功率。

1.2 PID调节

要想保持风管压力稳定,首先必须电机运行稳定,同时希望具有较高的控制质量,我们希望持续时间短、超调量小、摆动次数少。为了保证系统的精度,就要求系统有很高的放大系数,然而放大系数一高,又会造成系统不稳定,甚至系统产生振荡。反之,只考虑调节过程的稳定性,又无法满足精度要求。因此,调节过程中,系统稳定性与精度之间产生了矛盾。如何解决这个矛盾,变频器采用一种PID控制方式来实现恒压,当用户用气量加大时,管路压力减小,变频器转速要提高以增加流量补充压力;反之,用户用气量减小时,管路压力增大,变频器转速要降低,使流量适当降低以使压力恒定。简单地讲, PID是由比例积分 PI和比例微分 PD“元件”组成的,通过现场调试,不断调整修改比例增益、积分时间、微分时间等参数为一合理值,来减小风机出口压力的波动。

2 风机运行状况及变频改造措施

水气车间空压机岗位有4台75 kW罗茨风机, 4台风机并列在气体母管上,生产过程中为化工区各车间提供仪表气源。随着全厂负荷的变化,比如生产负荷减小,自动阀随之关小,相应的仪表用气量也减小,在这样的低负荷下运行的罗茨风机会造成气体母管超压,该岗位的操作人员不得不采取风机出口阀节流的方式运行,但由于风机离岗位操作人员工作场所很远,气体母管压力变化较频繁时,运行人员就会就近开启水气车间的气体泄压阀来调整气体母管压力,这样的调整方式不仅使运行人员劳动强度大,而且浪费了大量的电能。在随后的技改工程中,采用变频器配合压力变送器实现恒压供气的改造方案彻底解决了仪表用气压力调整的问题。

原风机电机功率75 kW,采用直接启动,气体母管压力用出口阀、或泄压阀来调整。改造后为罗茨风机电动机配备了变频装置,合理设置电机启动时间和电机加减速时间就可有效地实现电机的软启动,降低启动电流。在气体出口管上装设压力变送器,将出口管的压力转化为4～20 mA的信号通过压力数显表送入变频器(如图1),变频器将这个信号与设置的压力给定值比较后自动调整变频器的输出转速,从而实现恒压供气的自动闭环控制。在压力数显表上设定压力上限值,当压力高于上限并且转速为零速时,变频器自动停止运行处于热待机状态,待压力低于上限值时,变频自动恢复运行状态。

图1 变频恒压控制原理图

改造后,运行人员的劳动强度大大降低,再也不用频繁调整风机出口阀和泄压阀了,为了详细核算风机变频改造后的节电效益,车间的电气专工做了半年的统计工作,用这半年的统计数据与改造前的一年运行数据比较后发现,该风机变频改造后平均运行电流下降了约30 A,年节电24万kW·h,节电率达28%,年节能收益6万元,使得改造投入的10万元不到2年就可收回,效益可观。