变频器在离心式循环压缩机上的应用

通过对离心式循环压缩机运行工艺的了解，山东某化工企业采用英威腾研发、生产的高压变频器对电机进行调速改造，取得了很大的节能效益。

1.应用环境分析

工艺流程如图1所示：

图1 丙烯收集系统工艺流程图

在实际应用中，工频时每次启动压缩机都是重载启动，启动起来十分不容易，同时还给工艺上带来很大隐患，比如噪音大，启动电流大，影响设备寿命、压力突变等。另外，由于负载的波动性较大，电机很少在满载情况下运行，仅依靠关出口阀、打回流来调节流量，浪费严重，能耗较高，运行十分不经济。为了解决这一系列问题，通过多方调研，决定采用高压变频器对电机进行调速改造。

2.系统方案提出

2.1高压变频器技术路线的选择
目前，因为功率器件耐压的限制，高压变频器没有像低压变频器一样，有统一的拓扑结构。目前，市场上主流的高压变频器多采用单元串联多电平的拓扑结构，系统结构如图2所示： 

图2 变频器系统结构图

由于这种结构是利用低压功率器件实现高压，巧妙的避开了电力电子功率器件耐压不足的问题。同时通过前端的移相变压器，实现了多脉冲整流，具有对电网谐波污染小的优点，有些厂家又把这种变频器称为“完美无谐波变频器”。在变频器的内部控制上，利用功率单元输出波形的移相叠加，形成多电平输出电压波形，可以直接适配普通国产异步电机，对电机的绝缘没有特殊要求，并且具有脉动转矩小，无共模电压的明显优点。因为技术成熟，低压功率器件易于采购，因此成为市场上的主流方案。

图3 现场运行的Goodrive5000系列高压变频器

2.2一次主回路方案

主回路由用户开关、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3及高压变频器组成（如图4）。其中要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。高压隔离开关QS1、QS2、SQ3加装电磁锁，电磁锁的操作电源使用用户开关的辅助触点闭锁。只有当用户开关断开时，QS1、QS2、SQ3的电磁锁才能得电，可以正常操作。在变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开，变频器得电启动后，电机处于变频运行状态；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开，用户开关闭合后，电机实现工频直接启动，恢复改造前的运行状态。

图4 一拖一手自动旁路

3.整体使用效果

3.1现场技术数据：
改变频后比工频运行时的参数对比表：

 

	工频	变频
电机转速	2980r/min	2420r/min
输入电流	47A	27A
功率因数	0.7	0.95
出口阀门（FV1001）开度	35%-40%	100%
入口压力	1.35MPa	1.35MPa
出口压力	1.85MPa	1.73MPa
压力差	0.5MPa	0.38MPa
出口流量	20190m3/h	18455m3/h

 

功率差值：ΔP= Pd－Pb= 342－266=76kW

年节电量：ΔC= Cd－Cb= 76*7200=54.7万kW·h

节电率：（ΔP/Pd）×100% =（76/ 342）×100% =22%

节约电费若以上网电价0.56元/度计算，则每年压缩机改变频可节约电费为：54.7×0.56=30.6万元。

3.2变频器运行情况：

采用变频调速后，带来的最大好处有以下几点：

1)电机实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网冲击很小；

2)压缩机出入口压力差降低了很多。以前压差5公斤，设备啸叫严重，能达到120分贝；改变频后压差为0.8公斤，噪音仅为75分贝左右。从而减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低了噪音，有效的延长了电机的使用寿命，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用；

3)输入电流减少很多，以前电流很多都做了无用功，浪费极大；

4)提高了功率因数。

4.客户评价

通过对离心式压缩机改造前后的对比，达到了预期的节能效果，给用户的生产降低了成本减少了生产设备的维护工作；目前英威腾GD5000高压变频器运行稳定，生产持续，受到生产车间、维护班组和公司领导的高度评价。

5.结束语

我公司通过对循环气压缩机的电机变频调速改造，有效解决了之前运行过程中出现的启动困难问题，改善了生产工艺，延长了设备检修周期，并且取得了良好的经济效益。随着高压变频器市场的进一步成熟，将会有越来越多的设备列入改造之列，为国家的节能减排做出突出贡献。

审核编辑：汤梓红