螺杆空气压缩机变频节能改造

空压机变频与SMART智能集中控制节能改造方案

一、概况

目前在我国各工矿企业运行着大量的螺杆空气压缩机,而这些设备往往都是企业的耗电大户。根据我们对设计院所的了解和对用户的实际调查,这些大功率的耗能系统实际运行效率普遍较低,总体仅为50%～70%左右,这主要是由于两个方面的原因造成的:

(1)设计院所和用户在选型时往往考虑较大裕量,一般都在30%以上,这就使螺杆空压机实际运行时经常处于关闭进气的低负荷运行状态,从而降低了运行效率;

2)普通螺杆空气压缩机都是处于恒速运转状态,而实际生产中的气量需求却经常处于变动状态,当用户用气量减小时,压缩机组只能通过全部或部分关闭进气来进行调节,这样,压缩机组就会经常处于空运转、部分负荷(高压比状态)和满负荷交替运行的低效率状态,从而造成大量的能源浪费。

3）大多数工矿企业根据自己生产用气量配备多台中小型的压缩机，而这压缩机都采用独立运行同时进行对生产并联供气，而生产用气量是根据各压缩机自己进行加载和减载进行排气量的调节，理想化的是所运行的整个压缩机系统的排气量满足生产线最大生产负荷用气量，实际上这个理想化是很难实现的，一般的是用户当看到启动的压缩机长期处于加载状态，而排气量不能满足生产需要，就再由人工启动一台压缩机，这样就可能造成所有运行的压缩机不同程度的进行频繁加载和减载，使能大量电能浪费。

因此,螺杆空气压缩机的运行节能问题主要表现为排气量的调节问题,而压缩机的排气量与压缩机的转速成正比关系,所以,归根到底螺杆空气压缩机的

节能问题就是：第一，压缩机所配电机的调速问题。目前,中小型交流异步电机的最佳调速方式为变频调速方式。第二，多台压缩机供气并联运行采用的是人工启动和停止，而很多厂矿企业都没有配备专门的压缩机操作人员来精心操作，都是启动压缩机后只要排气量满足生产就不管了，所以多台空压机运行下，我们根据生产线用气量对压缩机采用SMART智能集中优化启动操作方式。

二、系统改造方案

1、设备情况

目前整个厂的供气压缩机为三台：1#配备电机75KW的压缩机一台、2#配备电机55KW一台、3#配备电机37KW一台。一般的两开一备，正常情况下，75KW 的空压机和37KW的空压机是长期运行的，对生产线供气。

2、改造思想

1）我们根据配备电机75KW的空压机电机功率大小进行加装变频器系统，保持原压缩机的工频系统，真正实现空压机变频-工频转换，也就是说当变频系统出现故障时候，可以人工切换到工频系统运行，这样可以保证生产的正常进行。

2）所加装的变频系统为一拖二控制，也就是说1#配备电机75KW的压缩机和2#配备电机55KW空压机都为变频系统控制；当1#为变频驱动时候，2#只能为工频运行，反之，当2#为变频器驱动时候，1#只能在工频下运行。

3）由于压缩机供气出口配备了储气罐，所以生产线实际供气的压力主要以储气罐里压力为基准。我们在储气罐上装一压力传感器来检测系统供气压力指示和调节，其压力量程为1MP,传感器精度：0.1%。

4）三台压缩机进行我们设计的SMART智能集中控制操作系统，本系统控制模式采用两种，一种是节能模式，另外一种是轮换模式，所谓节能模式就是主

机（变频或者工频）固定，其他的空压机按照各自设定压力启动和停止，来保证系统压力在生产需要的压力范围；所谓轮换模式就是主机是轮换的，主机运行达到设定时间后，自动的轮换到另外一台空压机作为主机并且同时开始计时。本系统可以选择为节能模式运行，也就是说让配备电机为75KW的空压机作为主机变频运行，让配备37KW的空压机根据设定的压力范围自动启动停止。其操作画面如下：

对应三台压缩机系统，正常情况下，1#配备电机75KW的压缩机和3#配备电机37KW是正常开，而2#为停止备用。此时选用主机为1#变频空压机首先启动运行，根据系统设定压力进行PID恒压调节运行，3#空压机根据其设定的压力范围自动启动和停止，其压力设定画面如下：

高压限：一旦系统压力高于这压力，所有的压缩机被停止，其压力为系统安全压力保护。

高压限--- 高压：控制1#主机启动停止的，当系统压力高于高压限设定时

候，主机停止；当系统压力低于高压设定时候，1#主机

自动启动。

高压---中压 ：控制2#从机启动停止，当压力低于中压设定时候，2#从机

启动；当系统压力高于高压设定时候，2#从机停止。

中压---中低压 ：控制3#从机启动停止，当压力低于中低压设定时候，3#

从机启动；当系统压力高于中压设定时候，3#从机停止。

5）不可忽视的空压机冷却系统风机变频的改造

普通螺杆空压机进行变频改造后，多数时间运行额定频率下，这时所产生气量低于额定气量，所产生的热负荷也小于在额定频率运行状态时候的热负荷，如果继续采用定速风扇冷却，那么压缩机油会受到过度冷却产生凝水造成油乳化。因此普通螺杆压缩机进行变频改造时应该综合考虑，将冷却系统一并纳入变频改造，只有这样，改造后螺杆空压机才能安全可靠和高效地运行。另外，那个节能的角度来看，对冷却系统进行变频器改造节电效果更为明显，因为冷却风扇的负载特性是功率与其转速的3次方根成正比，平均能收到30%的节能效果。

其具体方法就是压缩机内加装温度传感器，根据温度的高低来调节冷却风机变频输出频率，从而实现风机速度的调节，也达到节能效果。

6） 控制的主方框图

空压机工频变频器变频系统空压机工频

系统控制原理示意图压力传感器

人机

变频器储气罐

6）本系统的逻辑控制核心采用麦格米特PLC和麦格米特7寸彩色人机，用人机界面来显示和设定参数，具有故障的声光报警信号。其控制的方框图如下：

三、螺杆空压机变频改造与空压机SMART智能集中控制的运行经济分析

1、螺杆空压机变频改造经济分析

普通螺杆空气压缩机进行变频改造后，按照生产所需要的供气压力决定主电机转速，按排气温度的要求确定风扇电机转速，即需要多大的功率电机就输出多大的功率，而不必做无用功，达到节能目的。另外空压机停止了空转，从而消除了空载损耗。从变频改造后节电率平均可以达到15%~25%。

1）以1#75KW电机的空压机来说吧，工频运行时候设定7KG-8KG，当压力低于7KG时候空压机加载，其加载电流为137A；而当当压力达到8KG时候，空压机就卸载，其卸载电流为100A，如果生产线用气量不大时候，空压机加载时间T1就比较短，而空压机卸载时间T2就比较长，也就是说，空压机在T1时间内是做功正常消耗电能，空压机在T2时间内卸载，属于空载运行，所有能量消耗损失在卸载时间内，加装变频器后，如果空压机在卸载时间内，变频器运行频率降低到空压