螺杆空压机节能技术应用与分析

刘鲁滨（胜利油田滨南采油厂准备大队）

由于空气压缩机采用大功率电动机进行拖动，运行时间长，生产压缩空气的能耗在企业生产中占有较大的比例。胜利油田滨南准备大队油管厂油管杆修复过程中采用压缩空气作为油管杆翻转的动力源。油管杆修复线有2台水冷式空气压缩机，空气压缩机型号是L11/7（烟台奥斯卡压缩机公司制造），排气量每分钟11m3，最高压力0.7MPa，采用一台90kW的三相异步电动机皮带传动拖动，日常传输线上只能得到0.5MPa压力的压缩空气，空压机能力不足和高耗能制约着油管杆修复工作的开展。2012年11月份，对现有的空压机进行淘汰更新，选用广州凌格风生产的GA90螺杆空压机，经过一年多的运行，收到了较好的节能效果。

1 凌格风GA90螺杆空压机

空压机拖动电动机为高效变频电动机，额定功率为90kW，空气压缩机双转子螺杆泵，电动机和螺杆泵采用联轴器联接。最大工作压力0.8MPa，排气量为5.1～17m3/min。

为了降低生产运行过程中的能源消耗，精准满足用户生产用气量，凌格风GA90螺杆空压机采用VFC变频控制（矢量变频控制技术），电脑控制器和变频器由欧姆龙公司专门定制，电器系统进行标准化设计，主接触器采用西门子电器元件，确保系统的可靠性。

电脑控制器的功能包括：

1）具有强大完善的控制和监测功能，能确保空气压缩机稳定运行和具有精确的运行参数。

2）自动故障报警、故障停机、维修报警和储存故障信息，为设备提供安全可靠的保护。

3）实现相序保护监测功能，检测到错相时可以自动停机，保护螺杆泵不受损害。

4）预留了通信功能，可以实现多台空压机联动控制和集中控制功能。多台联控时，当一台空压机故障时，自动启动备用空压机，确保生产过程中的用气安全。

2 螺杆空压机变频控制技术

VFC变频空气压缩机采用矢量变频控制技术，动态运行性能突出，生产运行过程中根据负载情况实时更改输出频率和电压。对转矩进行精确控制，具有系统响应快、调速范围广和加减速性能好的优点。

具体的控制过程是：当生产过程中消耗气量小于空气压缩机产生的最大供气量时，压力上升，压力传感器将信号反馈给控制系统，变频器降低输出频率，控制变频电动机相应降低转速，从而使螺杆空压机的转速降低，排气量减少，压力维持不上升；反之，压力下降后，压力传感器将信号反馈给控制系统，变频器升高输出频率，控制电动机提高到相应的转速，从而使螺杆空压机转速增加，排气量增大，压力维持不变。

螺杆泵空压机采用变频控制的优点是：采用变频控制具有精准的压力控制能力，系统压力变化可以控制在0.1～0.2bar范围内，而传统空气压缩机浪费0.07～0.15MPa压差损失；采用变频器控制可以0 Hz气动空气压缩机，气动电流小，对电源网络、电器部件和机械部分所造成的冲击小，从而延长机器的使用寿命。

此外，为确保设备控制的安全可靠，在电器控制中增加了“变频”和“工频”选择，变频器出现故障时，可以马上切换到工频状态，使设备在工频状态下运行，不会影响生产的运行。

3 现场应用效果分析

日常生产运行中大功率电动机的启动控制采用星三角启动、直接启动、软启动和变频启动等方式。这些启动控制方式中只有变频控制启动能实现启动电流从“0”开始波动变化。不同控制方式启动电流波动特性对比见图1。

图1 大功率电动机不同控制方式启动电流特性

由于螺杆空压机采用变频控制，根据生产需要，设备现场设定运行参数（0.52～0.68MPa），设备工作压力达到0.68MPa时，设备运行处于卸载的工作状态，此时电动机降低转速运行；当设备工作压力达到0.52MPa时，设备自动加载，此时电动机升高转速使系统压力逐渐上升。加载、卸载运行时间电脑控制器在设备停机后进行累加并显示在显示屏上，以方便数据统计。使用变频控制技术的空气压缩机能耗控制见图2。

图2 VFC变频控制螺杆空压机能耗分析

根据现场使用情况分析，采用变频技术控制螺杆空压机空载时电动机能耗约为满载时能耗的35%。螺杆变频空压机自投产以来累计运行4661h，加载运行时间3851h。可节约能耗25515kWh。

4 结束语

对大功率拖动电动机进行变频控制，对于降低设备能耗、改善设备启动过程中启动电流对电网的冲击、延长设备的使用寿命、提高能源消耗的产值比具有重要意义。