森蘭變頻器在化工廠氫壓縮機上的應用

一. 概述
在工業生產中，壓縮空氣的使用非常普遍。在工廠內，若干臺空氣壓縮機安裝在一個地方，就構成一個空壓機站。四川自貢鴻鶴化工實業有限公司有一空壓機站，安裝有3臺110kW往復式活塞空壓機，用來壓縮氫氣。由于生產上使用氫氣的不均勻性，用氣量是在動態變化的，有時需要同時運行數臺氫壓縮機供氣，而有時連一臺氫壓縮機產的氣都用不完，但氫壓縮機仍在全速運行。氫壓縮機在出廠時都配套有排氣壓力調節裝置，儲氣罐內的氫氣壓力超過設定壓力時，壓縮機進氣管上蝶閥自動關閉，壓縮機進入空轉卸荷狀態。當儲氣罐內氫氣低于設定的壓力時，壓縮機進氣管上蝶閥自動開啟，壓縮機又進入滿載工作狀態。設定值有一滯環，例如設定儲氣罐內的氫氣壓力為0.815MPa，滯環為0.045MPa，這種調節方式，供氣壓力的變化范圍就是0.045MPa。滿載時，空壓機的工作電流接近電動機額定電流；空轉卸荷時，空壓機的工作電流約為電動機額定電流的50%。這部分電流不是做有用功，而是機械在額定轉速下的空轉損耗。雖然這種調節裝置也能調節壓力，但壓力的調節精度低，壓力波動大；壓縮機總是在額定轉速下工作，機械磨損大，電耗高。

二. 壓縮機節能原理
根據空氣壓縮理論，壓縮機的軸功率PZ（kW）、排氣量QD（m3/min）和軸轉速n（r/min）符合下列公式：

式中：
Mr—壓縮機輸入的平均扭矩N m
K—與氣缸容積、壓力、溫度和泄露有關的系數
n2—調節后的壓縮機轉速，r/min
V—氣缸容積，m3
根據上述理論分析，在壓縮機的氣缸容積不能改變的條件下，只有調節壓縮機的轉速能改變排氣量；壓縮機是恒轉矩負載，壓縮機軸功率與轉速成正比變化；在壓縮機總排氣量大于供氣量時，通過降低壓縮機轉速調節供氣壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法。

三. 變頻恒壓供氣
降低壓縮機轉速調節供氣壓力，是達到壓縮機經濟運行的有效方法，而變頻調速方法，是一種高效的調速方法。考慮在儲氣罐上安裝一只壓力變送器，將壓力信號反饋到變頻器的端子上，構成恒壓供氣系統，供氣壓力0.8MPa。本例選用一臺森蘭SB12S132KW變頻器，壓力變送氣選用森納斯DG13W=BZ-A，1.6MPa。恒壓供氣原理圖如圖7-1所示：

變頻器控制第一臺壓縮機，給定調節用變頻器上的操作鍵盤，變頻器的多功能輸出Y1、Y2分別接第二和第三臺的壓縮機的自耦減壓起動器的起動/停止電路，這樣可由變頻器的輸出控制另外兩臺壓縮機的運行或停機。手動運行時，第一臺壓縮機由變頻器控制，第二和第三臺的壓縮機可用自耦減壓起動器人工起動/停止。自動運行時，第一臺壓縮機首先變頻運行，當變頻器的輸出頻率已達到50Hz，供氣量仍不足，變頻器的輸出節點Y1、Y2動作，起動第二和第三臺的壓縮機工作；如供氣量大于給定值時，系統自動停止第二和第三臺的壓縮機工作，通過閉環調節可實現恒壓供氣。
氫氣為可燃性氣體，壓縮機的工作場地有爆炸危險，SB12S系列變頻器的防護等級為IP21，顯然不能安裝在有爆炸危險的場合。將變頻安裝在沒有爆炸危險的配電房內，用遠方控制盒在壓縮機旁進行操作，遠方控制盒也要考慮為本質安全性的。

四. 結束語
壓縮機于2003年8月改造完成，經過三個月的運行，達到了預想的目的。不論生產用氣如何改變，恒壓供氣的氣壓維持在0.8MPa左右，供氣質量大幅度提高。節能方面，由壓縮機的公式可見，壓縮機消耗的軸功率P_Z（kW）與軸轉速n（r/min）成正比，而壓縮機的排氣量Q_D（m³/min）又與軸轉速成正比，則壓縮機消耗的軸功率P_Z（kW）就與壓縮機的排氣量Q_D（m³/min）成正比，即是：

式中：Mr、K、V均為常數，可見減少排氣量，可節省軸功率。
經實測節電率達到26%，取得了較好的經濟效益