空压站恒压变频控制改造

吴蕴宪

空气压缩机是工业现代化的基础产品，常说的电气与自动化里就有全气动的含义；而空气压缩机就是提供气源动力是气动系统的核心设备机电引气源装置中的主体，它是将原动（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。

由于压缩机需要考虑在满负荷运行的可能性，设计时一般是最大需求来进行设计电动机的容量，故设计容量一般偏大。在实际运行中，空载运行的时间所占的比例是非常高的。因此如果采用变频调速，可以提高运行时的工作效率，节能的潜力很大。

原系统工况分析

空压机站有两台空压机，1#空压机为为09年购置的阿特拉斯·科普柯空压机，2#空压机为12年购置的莫西尼空压机，均为螺杆式空压机。螺杆式空气压缩机的工作过程主要为吸气、传输、压缩、排气四个过程，通过螺杆的运动，压缩螺杆与壳体的空间，使得空气压力升高，通过排气口输出至储气罐，再经过冷干，油气分离，传输至用气单位供使用。

在实际生产中，当用气单位的用气量小于空压机的排气量时，传输空气的管网压力就会增加。当管网压力达到空压机所设定的卸载压力值0.85Mpa时，空压机进入卸载状态，停止空气输出，此时电机仍然处于工频运行，产生大量能耗，却没有空气输出，属于非经济运行。当管网压力继续降低至0.75Mpa时，空压机切换到加载状态，恢复空气输出，管网压力再次升高，如此循环。

空气压机运行时间统计（h）

两台空压机运行时空载比例分别为：42.59% ，和32.98%

原系统存在的问题：

1.生产单位用气量小时，电机长期空载，属于非经济运行，电能浪费严重

2.频繁加载卸载导致输出的空气压力上下波动，影响用气单位使用

3.加载运行时，工频启动机械冲击大，加快电机轴承磨损，减少设备使用寿命，增加了设备维护成本

4.电机长时间工频运行致使噪音很大

制定方案

本合理化小组根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，制定空压机变频改造后系统应有如下功能：

1.取消卸载运行模式，避免电机长期工频运行，降低能耗

2.电机通过变频运行保持恒压供气，减少气压波动

3.一台变频器能控制两台空压机组，并能实现工频与变频运行切换

4.系统机械噪音不应超过允许范围

在原有的系统基础上，增加由变频器、压力变送器和电机组成的压力控制系统，自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压变频控制。

实施方案

通过综合设计，兼顾施工便利与现场整洁，在两台空压机之间安装变频器，在储气罐处安装压力变送器，采用PID调节控制，把储气罐压力作为控制对象，通过压力变送器将储气罐内的空气压力转换为电流信号反馈回智能控制器，与系统设定值进行比较运算，控制变频器输出频率，进而控制电机转速，实现变频启动。

为了进一步提高空压机站的可操作性和安全性，安装了第二台变频器，两台变频器互为备用，并且任意一台变频器均可以控制两台空压机组，从而实现控制系统的“双通道互换”，在任意一台变频器或空压机出现故障无法正常使用时，整套系统仍然可以保障正常供气。

恒压控制

经过一段时间的观察调试，结合设备厂家的建议，综合考虑用气单位反馈意见，最终将变频器恒压运行时最低频率设定为30Hz，启动压力设定为0.7Mpa，停机压力设定为0.78Mpa，避免了电机长时间工频运行，同时维持出口空气压力稳定。

改造后成果

1.生产成本降低

2013年8至10月每月用电量与12年同期相比，有较大幅度降低，分别同比下降43.78%，52.60%，54.86%

2013年8月份改造完成后，空压站8至10月平均每月用电29326Kw/h，比前七個月平均每月用电量41197Kw/h环比下降11871KW/h，按照2013年工业用电平均每度约0.75元计算，平均每月节约8903.25元。

2014年空气压缩机用电量统计（kW/h）

2014年空气压缩机用电量统计（kW/h）

2、输出压力稳定

采用变频控制系统后，可以实时监测储气罐内气体的压力，使供气管路中的气体的压力保持稳定，提高生产效率和产品质量。

3、使用寿命延长

空压机启动时采用变频模式，启动电流小，根据用气量自动调节电机转速，运行频率低，转速慢，机械磨损小，延长了设备使用寿命，降低了维护工作量。

4、系统噪音降低

电机运转频率低，机械转动噪音因此变小，通过变频调节电机转速的方式，不用反复加载、卸载，频繁加卸载，气压不稳定的噪音也得以消除。

5、系统稳定性增强

改造后系统可以在原系统和变频系统之间切换，增加了整套系统的抗风险能力。