螺桿式空壓機已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，是應用最廣泛的動力源之一。但也存在著大量的能源浪費，主要是電能、熱能的浪費。企業(yè)通過合理管理，對設備的改造和有效的利用，每年可幫助企業(yè)節(jié)約能源費用消耗，又能夠間接減少CO2的排放，有著良好的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。適宜推廣。
一、改造前的設備狀況
某廠有2臺20m3/min螺桿空壓機和2臺10m3/min螺桿空壓機,其工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動,使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化,空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè),實現(xiàn)螺桿空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。20m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為132kW,10m3/min螺桿空壓機的主電機額定功率為75kW,均為Y—Δ減壓啟動。
原系統(tǒng)存在以下問題:
?、僦麟姍C雖然采用Y—Δ減壓啟動,但啟動電流仍很大,會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定及其他用電設備的運行安全。
?、诳諌簷C時常空載運行,屬非經(jīng)濟運行,電能浪費嚴重。
③工頻運行時噪聲很大。
④工頻啟動對設備的沖擊較大,各部件如電磁閥的動作頻率高,所以設備維護費用相對高。
二、變頻改造可行性分析
1.節(jié)能由于該廠用氣負荷波動較大,而變頻控制系統(tǒng)可以比較準確地根據(jù)用氣系統(tǒng)的需求來控制空壓機的輸出,達到節(jié)約能源的目的。
①變頻器的軟啟動功能,使空壓機的啟動電流小;
?、诳諌簷C加載時,因供氣量的變化而改變電機轉(zhuǎn)速;
③當用氣量極小時,導致空壓機卸載運行,變頻控制系統(tǒng)的空壓機在空載狀態(tài)時電機能耗也大大降低(20m3/min空壓機低于30kW)。經(jīng)查變頻曲線表(由空壓機廠家提供變頻器的試驗數(shù)據(jù)表)得知,使用變頻器控制時,空壓機加載時的平均功率約為80kW,空載時約為30kW,根據(jù)2001年運行數(shù)據(jù),年運行時間為8000多小時,加載比例為45%,工頻加載時的平均功率為113kW,空載時約為50kW,與工頻相比,變頻控制加載時節(jié)電量118800kW·h,節(jié)約電費77220元(每kW·h以0.65元計),空載時的年節(jié)電量88000kW·h,節(jié)約電費57200元,共計134420元。20m3/min螺桿空壓機變頻改造費用約為15萬元,因此從理論上此改造是可行的。
2.降低維護成本采用變頻控制系統(tǒng),空壓機的軟啟動減少了對部分電氣部件和機械部件的沖擊。正常運轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)速大部分時間低于額定轉(zhuǎn)速,降低了各類相關電磁閥和氣動元件的工作頻率,延長了零部件的使用壽命,減少了空壓機的維護費用。
3.降低噪聲當排氣量減少時。電機運轉(zhuǎn)速度減慢,空壓機發(fā)出的噪聲比全速運行時的噪聲大大減少,改善了操作工的工作環(huán)境,有利于環(huán)保。
三、改造措施及運行效果根據(jù)原設備工況存在的問題,空壓機經(jīng)變頻改造后應滿足以下要求:
?、匐姍C變頻運行狀態(tài)保持氣罐出口壓力相對穩(wěn)定,上下波動0.1MPa;
?、跒榱讼到y(tǒng)運行的可靠性,系統(tǒng)應具有變頻和工頻兩套控制;
③變頻控制系統(tǒng)應采取閉環(huán)控制方式;
?、転榱讼到y(tǒng)的穩(wěn)定性,一臺20m3/min螺桿空壓機運行在變頻方式,但兩臺空壓機可以相互進行變頻切換;
?、莞鶕?jù)空壓機的轉(zhuǎn)矩特性,應選用恒轉(zhuǎn)矩變頻器;
?、拊谟秒姎饬啃〉那闆r下,變頻器處在低頻運行時,應保證設備的正常潤滑。
根據(jù)要求,采用一套變頻控制系統(tǒng)(ABB ASC600型通用變頻器),通過切換裝置轉(zhuǎn)換控制2臺20m3/min螺桿空壓機(一臺變頻運行,另一臺可工頻運行)。控制回路仍采用原空壓機系統(tǒng)中的西門子S7-200型PLC控制,并在壓縮空氣總管路上安裝一只壓力變送器,輸出4￣20mA信號反饋至變頻器,與壓力設定值進行比較,經(jīng)PID運算輸出控制信號給變頻器的驅(qū)動回路,調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速及空壓機的加卸載,維持設定壓力的平衡,以達到恒壓供氣的目的。
經(jīng)過幾個月的實際運行和參數(shù)的多次修改,最終達到了滿意的控制效果。連續(xù)對6個月的耗電數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計比較,節(jié)電率達28%以上,年節(jié)約電費20萬元以上,在不到一年的時間內(nèi)即可收回投資。
四、問題及處理改造后的空壓機,運行兩年多曾出現(xiàn)如下問題
1.電機的冷卻風翼經(jīng)常斷裂由于空壓機的電機功率為132kW,電機的冷卻風翼采用金屬材料,空壓機經(jīng)變頻改造后轉(zhuǎn)速經(jīng)常變化,雖然將變頻器的加減速時間在允許范圍內(nèi)進行了延長,但仍經(jīng)常發(fā)生風翼折斷的故障。為此,安裝一臺獨立的風扇對電機進行冷卻后,運轉(zhuǎn)正常,問題得以解決。
2.空壓機油路系統(tǒng)過早出現(xiàn)積炭改造后的空壓機平均轉(zhuǎn)速降低,使用一定時間以后,壓縮機的冷卻盤管及油分離器的內(nèi)壁上形成積炭,造成其換熱器換熱效果明顯下降,出現(xiàn)排氣溫度高報警,造成頻繁停機,影響正常生產(chǎn)。于是選用空壓機廠家推薦的積炭清洗劑(每臺的清洗費用約600元),拆下冷卻盤管浸泡2h后(或通過專用泵循環(huán)30min),用清水沖凈,再用壓縮空氣吹干,更換新的油分離器芯,加入新的潤滑油,開機運轉(zhuǎn)后故障消除。
