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机最低运行速度内，比如电机在30HZ运行，按照周期一分钟计算，卸载时间30秒，加载时间为30秒，其工频50HZ卸载电机功率P1=1.732*0.38*100*0.85=55KW-----------------1式由于空压机属于恒转矩负载，所以按照空压机电机运行功率与速度成正比，变频器运行在30HZ情况下，其电机功率P2=P1*(30HZ/50HZ)=55*0.6=33KW-------2式次时变频运行节能P=P1-P2=55-33=22KW----------------------------------------3式24小时计算消耗电能W=P*H=22KW*(24小时/2)=264度每个月节约的电费=W*电价*30=264*0.88*30=6969.6元2）以上是按照空压机加载变频器高速运行，空压机卸载时变频器低速运行的一种理想计算。

由于变频可以实现恒压的PID调节控制，所以其变频运行时候，空压机工作压力设定应该可以比时间工频50HZ运行的压力低，比如空压机工频运行时候设定7KG-8KG，那么变频运行空压机系统压力应该设定在生产线最低需要压力，可以设定为7.2KG左右，其节能空间比较大。

此时变频空压机很少出现加载和减载工作状态，一般都在做功的加载状况。

通过压力PID调节变频器输出频率，从而有效改变电机运行速度，到达供气压力恒定。

我们称之为叫工艺节能方式。

3）螺杆空压机的变频改造除了节能同时，还能带来其他的益处：第一、排气压力稳定，排气温度基本为恒温，气源品质大为提高。

第二、压缩机油的寿命大为提高，减少换油次数。

第三、空压机进气阀的开闭次数大为减少，其寿命显著提高。

第四、电机实现软启动，消除了电气以及机械冲击，压缩机的使用寿命以及检修周期都将得到大大延长。

第五、绝大多数情况下，机组的运行噪音明显降低了。

第六、变频改造后，提高了功率因素，减少了线路损失。

2、空压机螺杆SMART智能集中控制经济分析1）本系统1#空压机采用变频调速改造外，还设计了多台空压机SMART 智能集中控制功能，我们选择1#变频空压机作为主机，这样当首先启动1#空压机运行，根据系统设定的压力P1，变频根据压力进行PID调节频率输出，从而实现系统空气压力恒定。

2）当1#空压机排气量满足生产线用气量时候，其他2#和3#空压机都处于停止待机状态。

一旦生产线用气量增大时候，为了维持系统压力P1，1#空压机变频器频率不断升高，升高到接近工频频率50HZ时，而系统的压力还在降低到小于系统设定压力P1,此时系统压力还在降低到中压设定P2时候就自动启动2#空压机运行加载，这个时候两台压缩机排气量大于生产线用气量，系统供气压力慢慢升高到，1#变频空压机因系统压力升高而自动降低频率运行，而当系统压力恢复到设定压力P1时候，2#空压机自动停止运行，从而1#变频空压机运行为生产线供气，其他的2#、3#在待机状况。

3）通过以上的分析，我们采用了SMART智能集中控制系统，充分提高了空压机运行利用率，从而达到节能效果。

四、结束语1、压缩机、风机和水泵等流体设备采用变频调节技术实现节能运行是我国节能减排的一项重点推广技术，已经受到我国政府的高度重视，实践证明，变频计算用于压缩机、风机和泵等流体设备，既提高了效率降低了能耗，又提高了生产工艺水平，并且还大大减少了设备维护、维修费用，直接和间接经济效益十分明显。

2、多台空压机供气系统采用SMART智能集中控制，提高了空压机运行效率和自动根据生产线用气量来启动停止空压机使得供气的稳定性，也降低了操作工的操作强度，从而也大大降低能耗，也实现了节能效果。

3、总结归纳本系统改造最佳节能效果表现在下三个方面综合节能：1）空压机主机电机的变频加装改造。

2）空压机的冷却风机变频恒温控制3）多台空压机并联运行的SMART智能集中控制。