空压机节能改造方案多电厂版本7.docx
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空压机节能改造方案多电厂版本7
螺杆空压机变频节能改造技术方案
概述
空压机不排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以，选型时只能按最大需求来确定电机容量，造成空压机系统余量一般偏大。
传统空压机都采用星三角降压启动，但工频启动时电流仍然能达到额定电流的2~3倍，冲击大，会影响到电网的稳定性。
且大多数空压机是连续运行，由于一般空压机的电机本身不能根据压力需求的变动来实现降速，使电机输出功率与现场实际压力需求量相匹配，导致在用气量少的时候仍然要空载运行，造成巨大的电能浪费。
据统计，空压机占大型工业设备（风机、水泵、锅炉等）几乎所有的耗电量的15%。
空压机的节能改造势在必行。
若能采用变频调速技术，当流量需要量减少时，就可以降低电动机的转速，从而较大幅度减小电动机的运行功率，实现节能的目的。
节能剖析
1集中控制方式对三台空气压缩机采取集中控制方式。
根据用气情况自动控制空气压缩机的运行台数，改造之前，空气压缩机开启的台数是固定的。
（1）当用气减少到一定量时，空气压缩机是通过减少加载时间来减少产气量。
（2）若用气量进一步减少，性能好的空气压缩机则会自动停机。
在
（1）的情况下，空气压缩机即使是在卸载情况下也是要消耗电能的。
改造后，便可停掉相应台数的空气压缩机，运行台数减少了，无疑就节约了用电。
2变频调速方式采取变频调速方式来降低空气压缩机电动机的轴功率输出。
改造之前，空气压缩机的压力达到设定压力时，即会自动卸荷；改造之后，空气压缩机并不卸荷，而是通过降低转速来降低压缩机时的产气量，维持气网需要的最低压力。
这里有两个地方可以节能：
（1）减少压缩机从卸荷状态到加载状态这一突变过程带来的电能消耗。
（2）电机的运转频率降低至工频以下，使电机轴的输出功率减少。
3以上两种方式都不同程度的降低了空气压缩机在运行过程中的能源消耗，但是空气压缩机在工作过程中产生如此大的热能而让它白白地散发到空气中去，却在很长的时间内未得到用户的普遍重视，这不能说不是一个极大的遗憾。
空气压缩机热能回收是一项非常环保的节能方式：
①回收来的温度较低的水可用于员工的生活方面，如冲凉；②温度较高的水可用于生产线，例如PCB生产厂家如蚀刻生产线的蚀刻缸需要加热到55℃。
4软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。
而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。
节省了设备的维护费用。
5功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。
（三）采用变频调速技术，可以选择广州三晶电气公司的最新主打产品SAJ-S350变频器，选择此类产品能够帮助客户解决什么样的问题呢？
首先是性价比高，能够令用户用得安心，使得放心，省时省心，高效稳健，节约成本。
其次是机器运行可靠，使用寿命比同行产品要长，第三是公司的节能技术确实了得，最后选择最新款S350能适应特别恶劣的环境。
下面对110KW螺杆式空压机进行变频节能改造：
（A）系统特点
S350变频调速系统将管网压力作为控制对象。
压力值由变频器面板给定（S350有多种给定通道），可根据用气设备的实际需要，在空压机的最高允许工作压力内自由设定。
装在储气罐出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为4~20mA电流信号送给S350内置PID调节器，与压力给定值进行比较，并根据差值的大小控制变频器的输出频率，调整电动机的转速，从而使实际压力始终维持在给定压力。
S350内置PID具有稳定性高、调试简单的特点。
（B）节能效果
采用该系统改造后，压缩机组的供气量与系统所需量动态匹配，压缩机电机转速会随着系统用气量的不同而进行调节，避免了电机空转以及频繁的加卸载所带来的能量损耗，电机的输入功率大大降低，节电效果显著。
对于对空气机来说，供气量Q与转速N成正比，气压F与转速N的二次方成正比，而轴功率与转速N的三次方成正比，见下表：
频率值Hz
50
45
40
35
30
25
供气量Q%
100
90
80
70
60
50
气压F%
100
81
64
49
36
25
轴功率P%
100
73
51
34
22
13
理论节电率N%
0
27
49
66
78
87
（C）S350空压机改造功能参数表：
功能码
功能说明
设定值
功能备注
F0.00
控制模式选择
0
矢量控制
F0.01
启停信号选择
1
端子启停
F0.03
主频率源选择
8
PID
F0.11
上限频率设定
50
HZ
F0.14
下限频率设定
20
HZ
F0.15
下限频率作用
1
根据实际需要设定
F0.18
加速时间
依机型设定
F0.19
减速时间
依机型设定
F2.01
电机额定功率
保留
根据电机铭牌设定
F2.02
电机额定频率
保留
F2.03
电机额定转速
保留
F2.04
电机额定电压
保留
F2.05
电机额定电流
保留
F2.11
电机参数辨识
1
完整调谐
F4.10
节能运行
1
自动节能运行
F5.00
MI1端子功能选择
1
正转运行（FWD）
F5.18
CI下限对值
0.0-20ma
根据实际需要设定
F5.19
CI下限对应设定
0.0-100%
F5.20
CI上限值
0.0-20ma
F5.21
CI上限对应设定
0.0-100%
F5.22
CI输入滤波时间
0.00s-10.00s
F9.00
PID给定源选择
0
键盘给定
F9.01
键盘预置PID给定
0.0-100%
根据实际需要设定
F9.02
PID反馈源选择
1
模拟通道CI反馈
F9.03
PID输出特性
0
根据实际需要设定
F9.04
比例增益
0.0-100
F9.05
积分时间
0.01s-10.00s
F9.06
微分时间
0.00s-10.00s
F9.07
采样周期
0.01s-10.00s
F9.08
PID控制偏差极限
0.00s-10.00s
（四）综述
采用以上的改造方案，就能达到最为理想的节能结果，从而为客户创造出可观的经济效益。
空压机变频改造技术方案
一、概述
空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备,在工矿企业中应用十分普遍,配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。
目前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式，不论哪一种工作方式，压缩机单位时间内产气量是一定的，目前压缩机都采用上下限控制或启停式控制，也就是说，当气缸内的压力达到设定值的上限时，空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀，这种工作方式频繁出现加载卸载，而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏性。
二、系统原工频运行概况
1、空压机工作原理简述：
原空压机的运行方式为工频状态。
压力采用两点式控制（上、下限控制），也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限时，空压机通过本身的油压关闭进气阀，当压力下降到设定值下限时，空压机打开进气阀。
生产的工作状况决定了用气量的时常变化，这样就导致了空压机在半载或轻载下运行，或者经常是加载几分钟，卸载几分钟，频繁的卸载和加载，对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。
再说，空压机卸荷运行时，不产生压缩空气，电动机处于空载状态，其用电量为满负载的60%左右，这部分电能被白白的浪费。
系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的，并考虑了富余，是按最大量来设计的的，而现在的工况是用气量经常变化，且经常在半载下运行，在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的现象。
为了解决这种现象，节约能源，提高经济效益，有必要对现有系统进行变频改造。
2、原系统工况存在的问题
1）主电机全压起动，起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行 安全，对机械设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护工作量大。
2）主电机时常轻载运行，属非经济运行，电能浪费严重。
3）主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
4）经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。
3、拖动系统的特点：
1）机械特性具有恒转矩性质，电机的轴功率PL与转速n成正比。
2）大多处于长时间连续运行状态，但负载大小常有变动，为连续变动负载。
3）飞轮力矩大，故要求有较大的启动转矩；
4）有自动卸载与装载装置，在自动卸载或装载时，负载将突变。
4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有：
1）手动调节输入或输出口的阀门开度；
2）用机械方式进行自动卸载与装载控制；
3）通过改变叶片的角度来调节压力或流量。
三、采用变频调速拖动系统必要性
随着电力电子技术的发展，变频器在调速领域中的应用越来越广泛。
它具有性能稳定，操作方便，节能效果明显等优点。
它是一种较为成熟的高科技产品，越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。
因此,对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会效益。
1、从节能的角度看：
由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性，所以，只能按最大需求来决定电动机的容量，故设计容量一般偏大。
在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例是非常高的。
如采用变频调速，可大大提高运行时的工作效率。
因此，节能潜力很大。
有些调节方式（如调节阀门开度和改变叶片的角度等），即使在需求量较小的情况下，也不能减小电动机的运行功率。
采用了变频调速后，当需求量较小的情况下，可降低电动机的转速，减小电动机的运行功率，从而进一步实现节能。
2、从运行质量的角度看：
单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。
而采用了变频调速后，则可以十分方便地进行连续调节，能保持压力、流量等参数的稳定，从而大大提高压缩机的工作性能。
3、从减少运行成本方面看
传统压缩机的运行成本由三项组成：
初始采购成本、维护成本和能源成本。
其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。
通过能源成本降低20%-40%，再加上变频起动后对设备的冲击减少，维护和维修量也跟随降低，所以运行成本将大大降低。
4、从提高压力控制精度方面看
变频控制系统具有精确的压力控制能力。
使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。
不再频繁的加载和卸载，变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。
由于变频控制电机速度的精度提高，所以它可以使管网的系统压力变化保持恒定，有效地提高了工况的质量。
5、从延长压缩机的使用寿命方面看
变频器从2HZ起动压缩机，它的起动加速时间可以调整，从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击，增强系统的可靠性，使压缩机的使用寿命延长。
此外，变频控制能够减少机组起动时电流波动，这一波动电流会影响电网和其它设备的用电，变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
6、从降低噪音，改善工作环境来看
根据压缩机的工况要求，变频调速改造后，电机运转速度明显减慢，有效地降了空压机运行时的噪音，提高了操作工人的工作环境。
四、 变频改造后节能分析
变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较，根据空气量需求的多少来供给的压缩机运行工况，是经济的运行状态，能源节约是最有实际意义的。
众所周知，空压机负载为恒转矩负载，其转速 n与流量Ｑ、轴功率P的关系为Ｑ１＝Ｑ２（n1/n2）、P1＝P2（n1/n2） 、也就是说流量和功率成正比。
由于实际用气量的变动，假定空压机的运行情况如下：
（改造前）
在满载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P1=P0）；
在70%负载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P2=0.9P0）；
在半载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P3=0.85P0）；
在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为（P4=0.8P0）；
在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P5=0.6P0）；
（P0为电机额定功率250KW）。
空压机每日用电量计算如下：
W前=（0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5）х24
=（0.1+0.3х0.9+0.3х0.85+0.2х0.8+0.1х0.6）ХP0х24
=（0.1+0.27+0.255+0.16+0.06）ХP0х24
=0.845ХP0х24
=20.28P0（KWh）
假定空压机改造后的运行情况如下：
（改造后）
在满载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P1=P0）；
在70%负载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P2=0.7P0）；
在半载下运行的时间为30%，此时电机消耗功率为（P3=0.5P0）；
在30%负载下运行的时间为20%，此时电机消耗功率为（P4=0.3P0）；
在空载下运行的时间为10%，此时电机消耗功率为（P5=0.1P0）；
（P0为电机额定功率250KW）。
空压机每日用电量计算如下
W后=（0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5）х24
=（0.1+0.3х0.7+0.3х0.5+0.2х0.3+0.1х0.1）хP0х24
=（0.1+0.21+0.15+0.06+0.01）хP0х24
=0.53хP0х24
=12.72P0（KWh）
每日节省电量=W前－W后
=20.28P0-12.72P0
=7.56P0
节电率:
7.56P0/12.72P0*100%=37.3%
五、变频改造技术方案
1、系统控制原理
本系统采用压力闭环调节方式，在原来的压力罐（或输气管道）上加装一个压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。
其控制原理为：
将供
气管道压力作为调控参数，通过压力变送器（或远传压力表）将压力信号转换为4-20mA（或0-5V）直流信号，送入变频器内的PID调节器，与压力设定信号比较，其差值由调节器作PI运算，输出信号送给变频器，随时调整变频器的输出频率，控制电机转速，维持管道压力稳定在设定的压力值上。
若管道压力发生变化将自动进行调节。
例如，当用气量减少，管道压力增加时，调节过程是：
变送器信号大于设定信号，调节器输出减少，变频器输出频率降低，电机转速下降，压缩机风量减小，使管道压力减小。
由于其调控过程较快，短时间内，变换器信号和压力给定信号便处于动态平衡状态，从而维持了变频器输出频率稳定，实现了恒压供气，使空压机始终处于节电运行状态。
其控制系统原理框图如左：
2、改造方案
设计时，根据电机容量（250KW/380V）选用一台富凌变频器，采用PID调节母管定压控制方式。
该系统在设计时，从安全角度考虑，在保留原工频系统情况下，增加变频系统，做到了工频变频互锁切换。
通过外部控制电路，使空压机起停操作步骤仍然如前，操作简单，安全可靠。
在供气管道上安装压力传感器，通过压力来控制变频器的转速。
3、变频控制系统组成
该系统是变频器、电气控制柜、母管压力变送器（或远传压力表）、空压机等组成。
风光牌电气控制柜主要控制器件全部选用国内外品牌产品、性能稳定、质量可靠、操作方便。
4、系统改造应注意的问题
1）、改造实施前需具备的条件和注意事项：
要改造空压机的电气原理图和接线图完整。
整个工厂的用气状况，是否随着季节波动或随工艺改变波动卸载时间是否变动多以此判断节电率。
2）、改造实施中的注意事项：
电动机的散热问题 电动机经过变频器变频后，转速降低，其电机风扇的散热效果也要降低。
空压机的润滑问题 空压机的转速越低，润滑油的耗量也就越小，其润滑效果越差。
系统压力设定问题 在满足生产工艺的要求下，压力设定越低越好，因为空压机的排气压力越高，所需的电机轴功率越大，电机耗电也就越多。
针对以上问题，我们综合节能效果和空压机的机械特性，考虑了多种方案，最后把系统压力设定为0.6MPa（按客户的生产工艺要求）,把变频器运行频率下限设定为30HZ，这样，即能满足空压机散热和润滑的需要，又能最大限度的降低电能损耗。
五、供货范围
变频器 一套 型号：
控制柜 一套 （内含低压电器、PID调节器）
压力变送器 一套
回收周期:
通过以上公式计算一年省电为7.58*P0*30*12=682200度
按每度电0.7元计算一年省477540元
250kw空压机实际投资为350000元，即不到一年可回收成本。
空压机节能改造方案
空压机改造概况
空压机，全名为空气压缩机，是一种工矿企业中最常用的空气动力提供设备。
通常，空压机分为螺杆式空压机、活塞式空压机等。
●螺杆式空压机工作原理
螺杆式空压机是由一对相互平行啮合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，实现螺杆式空压机的吸气、压缩和排气的全过程。
空压机的进气口和出气口分别位于壳体的两端，阴转子的槽和阳转子的齿被主电机驱动而旋转。
●活塞式空压机工作原理
活塞式空压机是由电动机带动皮带轮通过联轴器直接驱动曲轴，带动连杆与活塞杆，使活塞在压缩机气缸内作往复运动，完成吸入、压缩、排出等过程,将无压或低压气体升压，并输出到储压罐内。
其中，活塞组件，活塞与汽缸内壁及汽缸盖构成容积可变的工作腔，在曲柄连杆带动下，在汽缸内作往复运动以实现汽缸内气体的压缩。
空压机系统控制
空压机主电机运行方式为星-角降压起动后全压运行，供气系统具体工作流程为：
当按下启动按钮，控制系统接通启动器线圈并打开断油阀，空压机在卸载模式下启动，这时进气阀处于关闭位置，而放气阀打开以排放油气分离器内的压力。
等降压n秒（由时间继电器控制）后空压机开始加载运行，系统压力开始上升。
如果系统压力上升到压力开关上限值，即起跳压力，控制器使进气阀关闭，油气分离器放气，压缩机空载运行，直到系统压力降到压力开关下限值后，即回跳压力下，控制器使进气阀打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机打开，油气分离器放气阀关闭，压缩机满载运行。
空压机系统节能分析
在管道供气系统中，最基本的控制对象是流量，供气系统的基本任务就是要满足用户对流量的需求。
目前，常见的气体流量控制方式有加、卸载供气控制方式和转速控制方式两种。
●加、卸载供气控制加、卸载供气控制方式即为进气阀开关控制方式，即压力达到上限时关阀，压缩机进人轻载运行；压力抵达下限时开阀，压缩机进入满载运行。
由于空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性，所以只能按最大需要来决定电动机的容量，设计余量一般偏大。
工频起动设备时的冲击大，电机轴承的磨损大，所以设备维护量大。
虽然都是降压启动，但起动时的电流仍然很大，会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全，而且大多数是连续运行，由于一般空气压缩机的拖动电机本身不能调速，因此就不能直接使用压力或流量的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机不允许频繁启动，导致在用气量少的时候电机仍然要空载运行，电能浪费巨大。
经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力延长压缩机的使用寿命。
空压机的有些调节方式（如调节阀门或调节卸载等方式）即使在需要流量较小的情况下，由于电机转速不变，电机功率下降幅度比较小。
●转速控制
即通过改变空压机的转速来调节流量，而阀门的开度保持不变（一般保持最大开度）。
当空压机转速改变时，供气系统的扬程特性随之改变，而管阻特性不变。
在这种控制方式下，通过变频调速技术改变空压机电机的转速，空压机的供气流量可随着用气流量的改变而改变，达到真正的供需平衡，在节能的同时，也可使整个系统达到最佳工作效率。
变频器基于交一直一交电源变换原理，可根据控制对象的需要输出频率连续可调的交流电压。
电动机转速与电源频率成正比，因此，用变频器输出频率可调的交流电压作为空压机电动机的电源电压，可方便地改变空压机的转速。
空压机系统节能原理
采用变频器控制空压机的转速以达到节能是一种较为科学的控制方法。
根据空压机运行特性知：
Q1/Q2=n1/n2
H1/H2=（n1/n2）2
P1/P2=（n1/n2）3
式中Q———空压机供给管网风量；
H———管网压力；
P———电机消耗功率；
n———空压机转速。
由上式可知，当电机转速降至额定转速的80%，则空压机供给管网风量降为80%，管网压力降为（80%）2，电机消耗功率则降为（80%）3，即51.2%，去除电机机械损耗和电机铜、铁损耗等影响，节能效率也接近40%，这就是调速节能的原理所在。
长期实践证明，在供气系统中接入变频节能系统，利用变频技术改变空压机转速来调节管道中的流量，以取代阀门调节方式，能取得明显的节能效果，一般节电率都在30％以上。
另外，变频器的软启动功能及平滑调速的特点可实现对流量的平稳调节，同时减少启动冲击并延长机组及管组的使用寿命。
空压机变频改造方案
●空压机变频改造注意事项
1）空压机是大转动惯量负载，这种启动特点就很容易引起V/F控制方式的变频器在启动时出现跳过流保护的情况，建议选用具有高启动转矩的无速度传感器矢量变频器，保证即能实现恒压供气连续性，又保证设备可靠稳定的运行；
2）空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性变差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损。
所以工作的下限频率应不低于20Hz；
3）为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，建议选用输出交流电抗器，还可以减小电机运行噪音和温升，提高电动机的稳定性。
●恒压供气节能原理
如上所述，流量是供气系统的基本控制对象，供气流量需要随时满足用气流量。
在供气系统中，储气管中的气压能够充分反映供气能力与用气需求之间的关系：
若供气流量>用气流量→储气管气压上升
若供气流量<用气流量→储气管气压下降
若供气流量=用气流量→储气管气压不变
所以,保持管道中的气压恒定，就可保证该处供气能力恰好满足用气需求，这就是恒压供气系统所要达到的目的。
空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时，系统原理框图如图1所示。
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变频调速系统将管网压力作为控制对象，装在储气管出气口的压力变送器将储气罐的压力转变为电信号送给变频器内部的PID调节器，与压力给定值进行比较，并根
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