【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：通過對離心式循環(huán)壓縮機(jī)運(yùn)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(jī)進(jìn)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(jī) 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(jī)上。此負(fù)載設(shè)備為離心式循環(huán)壓縮機(jī)，參數(shù)如下：
二、應(yīng)用環(huán)境分析
工藝流程如圖1所示。
在實(shí)際應(yīng)用中，工頻時每次啟動壓縮機(jī)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(fù)載的波動性較大，電機(jī)很少在滿載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來調(diào)節(jié)流量，浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗較高，運(yùn)行十分不經(jīng)濟(jì)。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(jī)進(jìn)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(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)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(jī)極對數(shù);
f-電機(jī)運(yùn)行頻率;
s-滑差。
從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小(0-0.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機(jī)成立的電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ………②
式中：E-電機(jī)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(jī)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?yàn)楣β势骷蛪旱南拗?，高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
由于這種結(jié)構(gòu)是利用低壓功率器件實(shí)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(shí)現(xiàn)了多脈沖整流，具有對電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)，對電機(jī)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(diǎn)。因?yàn)榧夹g(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，我們確定了英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器CHH100產(chǎn)品。
3.3 一次主回路方案
通過咨詢，決定采用一拖一手動旁路方案：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(jī)械上實(shí)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(diǎn)閉鎖。只有當(dāng)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(yùn)行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開，變頻器得電啟動后，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài);工頻運(yùn)行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開，用戶開關(guān)閉合后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻直接啟動，恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)。
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(yùn)行時的參數(shù)對比表：
?、倌赀\(yùn)行時間T：360天
?、谏暇W(wǎng)電價L：0.65元，節(jié)電費(fèi)總額M。
4.2未改造前，電機(jī)工頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算
電動機(jī)在工頻狀態(tài)下，現(xiàn)場運(yùn)行記錄如下：
輸入電壓Ua:6kV;輸入電流Ia平均值：47A;P：電動機(jī)功率;I：電動機(jī)輸入電流;U：電動機(jī)輸入電壓;cosΦ：功率因子。
計(jì)算公式：Pa=√3×U×I×cosΦ=√3×6×47×0.47=230kW，年運(yùn)行時間T=360×24=8640h，累積年耗電量：Ca=T×Pa=8640×230=1987200度，因此采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)=1987200×0.65=1291680元≈129.2萬元。
4.3改造后，電機(jī)變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算
輸入電壓Ub:6kV;輸入電流Ib平均值：7A;P：電動機(jī)功率;I：電動機(jī)輸入電流;U：電動機(jī)輸入電壓;cosΦ：功率因子。
計(jì)算公式：Pb=√3×U×I×cosΦ=√3×6×7×0.85=62kW，采用變頻運(yùn)行時，累積年耗電量：Cb=T×Pb=8640×62=535680度，因此采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)=535680×0.65=348192元≈34.8萬元。
4.4節(jié)能計(jì)算
根據(jù)公式：△C=Ca-Cb，節(jié)電率=(△C/Ca)×100%，
得出下面的數(shù)據(jù)：
年節(jié)電量：△C=Ca-Cb=1987200-535680 =1451520度;
年節(jié)電率：(△C/Ca)×100% =1451520/1987200=73.0%
節(jié)省電費(fèi)為M=1291680-348192 =943488元≈94.3萬元。
4.1 變頻器運(yùn)行情況
采用變頻調(diào)速后，帶來的z*大好處有以下幾點(diǎn)：
電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，電機(jī)啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沖擊很小。
壓縮機(jī)出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設(shè)備嘯叫嚴(yán)重，能達(dá)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(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機(jī)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(hù)開支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無用功，浪費(fèi)極大。
提高了功率因數(shù)。
五、客戶評價
通過對離心式壓縮機(jī)改造前后的對比，達(dá)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(hù)工作;目前英威騰CHH100高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)持續(xù)，受到生產(chǎn)車間、維護(hù)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(jī)的電機(jī)變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運(yùn)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(jì)效益。隨著高壓變頻器市場的進(jìn)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(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》，深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 仲明振 趙相賓，《高壓變頻器應(yīng)用手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社，2010-09出版
【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：通過對離心式循環(huán)壓縮機(jī)運(yùn)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(jī)進(jìn)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(jī) 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(jī)上。此負(fù)載設(shè)備為離心式循環(huán)壓縮機(jī)，參數(shù)如下：
二、應(yīng)用環(huán)境分析
工藝流程如圖1所示。
在實(shí)際應(yīng)用中，工頻時每次啟動壓縮機(jī)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(fù)載的波動性較大，電機(jī)很少在滿載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來調(diào)節(jié)流量，浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗較高，運(yùn)行十分不經(jīng)濟(jì)。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(jī)進(jìn)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(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)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(jī)極對數(shù);
f-電機(jī)運(yùn)行頻率;
s-滑差。
從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小(0-0.05)，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機(jī)成立的電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ………②
式中：E-電機(jī)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(jī)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?yàn)楣β势骷蛪旱南拗?，高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
由于這種結(jié)構(gòu)是利用低壓功率器件實(shí)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(shí)現(xiàn)了多脈沖整流，具有對電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)，對電機(jī)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(diǎn)。因?yàn)榧夹g(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，我們確定了英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器CHH100產(chǎn)品。
3.3 一次主回路方案
通過咨詢，決定采用一拖一手動旁路方案：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(jī)械上實(shí)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(diǎn)閉鎖。只有當(dāng)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(yùn)行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開，變頻器得電啟動后，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài);工頻運(yùn)行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開，用戶開關(guān)閉合后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻直接啟動，恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)。
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(yùn)行時的參數(shù)對比表：
?、倌赀\(yùn)行時間T：360天
?、谏暇W(wǎng)電價L：0.65元，節(jié)電費(fèi)總額M。
4.2未改造前，電機(jī)工頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算
電動機(jī)在工頻狀態(tài)下，現(xiàn)場運(yùn)行記錄如下：
輸入電壓Ua:6kV;輸入電流Ia平均值：47A;P：電動機(jī)功率;I：電動機(jī)輸入電流;U：電動機(jī)輸入電壓;cosΦ：功率因子。
計(jì)算公式：Pa=√3×U×I×cosΦ=√3×6×47×0.47=230kW，年運(yùn)行時間T=360×24=8640h，累積年耗電量：Ca=T×Pa=8640×230=1987200度，因此采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)=1987200×0.65=1291680元≈129.2萬元。
4.3改造后，電機(jī)變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算
輸入電壓Ub:6kV;輸入電流Ib平均值：7A;P：電動機(jī)功率;I：電動機(jī)輸入電流;U：電動機(jī)輸入電壓;cosΦ：功率因子。
計(jì)算公式：Pb=√3×U×I×cosΦ=√3×6×7×0.85=62kW，采用變頻運(yùn)行時，累積年耗電量：Cb=T×Pb=8640×62=535680度，因此采用工頻運(yùn)行時年用電費(fèi)=535680×0.65=348192元≈34.8萬元。
4.4節(jié)能計(jì)算
根據(jù)公式：△C=Ca-Cb，節(jié)電率=(△C/Ca)×100%，
得出下面的數(shù)據(jù)：
年節(jié)電量：△C=Ca-Cb=1987200-535680 =1451520度;
年節(jié)電率：(△C/Ca)×100% =1451520/1987200=73.0%
節(jié)省電費(fèi)為M=1291680-348192 =943488元≈94.3萬元。
4.1 變頻器運(yùn)行情況
采用變頻調(diào)速后，帶來的z*大好處有以下幾點(diǎn)：
電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，電機(jī)啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動時間相應(yīng)延長，對電網(wǎng)沖擊很小。
壓縮機(jī)出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設(shè)備嘯叫嚴(yán)重，能達(dá)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(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機(jī)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(hù)開支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無用功，浪費(fèi)極大。
提高了功率因數(shù)。
五、客戶評價
通過對離心式壓縮機(jī)改造前后的對比，達(dá)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(hù)工作;目前英威騰CHH100高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)持續(xù)，受到生產(chǎn)車間、維護(hù)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(jī)的電機(jī)變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運(yùn)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(jì)效益。隨著高壓變頻器市場的進(jìn)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(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1]《CHH100系列高壓變頻器產(chǎn)品說明書》，深圳市英威騰電氣股份有限公司
[2] 仲明振 趙相賓，《高壓變頻器應(yīng)用手冊》，機(jī)械工業(yè)出版社，2010-09出版
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