变频器在化工厂氢压缩机上的应用

一. 概述

在工业生产中，压缩空气的使用非常普遍。在工厂内，若干台空气压缩机安装在一个地方，就构成一个空压机站。四川自贡鸿鹤化工实业有限公司有一空压机站，安装有3台110kW往复式活塞空压机，用来压缩氢气。

由于生产上使用氢气的不均匀性，用气量是在动态变化的，有时需要同时运行数台氢压缩机供气，而有时连一台氢压缩机产的气都用不完，但氢压缩机仍在全速运行。

氢压缩机在出厂时都配套有排气压力调节装置，储气罐内的氢气压力超过设定压力时，压缩机进气管上蝶阀自动关闭，压缩机进入空转卸荷状态。当储气罐内氢气低于设定的压力时，压缩机进气管上蝶阀自动开启，压缩机又进入满载工作状态。

设定值有一滞环，例如设定储气罐内的氢气压力为0.815MPa，滞环为0.045MPa，这种调节方式，供气压力的变化范围就是0.045MPa。满载时，空压机的工作电流接近电动机额定电流；空转卸荷时，空压机的工作电流约为电动机额定电流的50%。

这部分电流不是做有用功，而是机械在额定转速下的空转损耗。虽然这种调节装置也能调节压力，但压力的调节精度低，压力波动大；压缩机总是在额定转速下工作，机械磨损大，电耗高。

二. 压缩机节能原理

根据空气压缩理论，压缩机的轴功率PZ(kW)、排气量QD(m³/min)和轴转速n(r/min)符合下列公式：

 式中：Mr—压缩机输入的平均扭矩N m

K—与气缸容积、压力、温度和泄露有关的系数

n2—调节后的压缩机转速，r/min

V—气缸容积，m³

根据上述理论分析，在压缩机的气缸容积不能改变的条件下，只有调节压缩机的转速能改变排气量；压缩机是恒转矩负载，压缩机轴功率与转速成正比变化；在压缩机总排气量大于供气量时，通过降低压缩机转速调节供气压力，是达到压缩机经济运行的有效方法。

三. 变频恒压供气

降低压缩机转速调节供气压力，是达到压缩机经济运行的有效方法，而变频调速方法，是一种高效的调速方法。考虑在储气罐上安装一只压力变送器，将压力信号反馈到变频器的端子上，构成恒压供气系统，供气压力0.8MPa。本例选用一台森兰SB12S132KW变频器，压力变送气选用森纳斯DG13W=BZ-A，1.6MPa。恒压供气原理图如图7-1所示：

 图7-1 恒压供气原理图

变频器控制第一台压缩机，给定调节用变频器上的操作键盘，变频器的多功能输出Y1、Y2分别接第二和第三台的压缩机的自耦减压起动器的起动/停止电路，这样可由变频器的输出控制另外两台压缩机的运行或停机。

手动运行时，第一台压缩机由变频器控制，第二和第三台的压缩机可用自耦减压起动器人工起动/停止。自动运行时，第一台压缩机首先变频运行，当变频器的输出频率已达到50Hz，供气量仍不足，变频器的输出节点Y1、Y2动作，起动第二和第三台的压缩机工作；如供气量大于给定值时，系统自动停止第二和第三台的压缩机工作，通过闭环调节可实现恒压供气。

氢气为可燃性气体，压缩机的工作场地有爆炸危险，SB12S系列变频器的防护等级为IP21，显然不能安装在有爆炸危险的场合。将变频安装在没有爆炸危险的配电房内，用远方控制盒在压缩机旁进行操作，远方控制盒也要考虑为本质安全性的。

四. 结束语

压缩机于2003年8月改造完成，经过三个月的运行，达到了预想的目的。不论生产用气如何改变，恒压供气的气压维持在0.8MPa左右，供气质量大幅度提高。节能方面，由压缩机的公式可见，压缩机消耗的轴功率PZ(kW)与轴转速n(r/min)成正比，而压缩机的排气量QD(m³/min)又与轴转速成正比，则压缩机消耗的轴功率PZ(kW)就与压缩机的排气量QD(m3/min)成正比，即是：

式中：Mr、K、V均为常数，可见减少排气量，可节省轴功率。经实测节电率达到26%，取得了较好的经济效益。