空压机改造方案合集1.docx

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空压机改造方案合集1

螺杆空压机变频节能改造原理与应用

襄阳西顿自动化仪表有限公司赵光辉

螺杆式空压机广泛地用于工业生产中，在其控制中采用加载-卸载阀来控制空压机的供气。

由于用气设备的工作周期或是生产工艺的差别，使得用气量发生波动，有时会造成空压机频繁加载、卸载。

空压机卸载后电机仍然工频运转，不仅浪费电能而且增加设备的机械磨损；空压机加载过程是突然加载，也会对设备和电网造成较大的冲击。

因此对空压机进行变频改造具有改善电机的启动和运行方式、减少设备的机械磨损、在一定范围内节约电能等效果。

一、螺杆式空压机的工作原理

以单螺杆空压机为例说明空气压缩机工作原理，如图1所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。

螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封及输送、压缩、排气四个过程。

当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。

二、压缩气供气系统组成及空压机控制原理

1、压缩气供气系统组成

工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、冷干机、过滤器、储气罐、管路、阀门和用气设备组成。

如图2所示为压缩气供气系统组成示意图。

2、空气压缩机的控制原理

在工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。

空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。

当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。

如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。

图3为某品牌空气压缩机的系统原理图。

三、螺杆式空气压缩机变频改造

空压机工频运行和变频运行的比较：

空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。

这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。

对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。

空压机主电路和控制电路的变频改造：

以某品牌空压机为例，图4是其电路原理图。

可以看出该品牌型号的空压机采用星-三角启动方式，在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中；断开原加载阀控制回路，将原加载阀控制输出改为一个时间继电器JS，时间继电器的线圈一端与220V控制电路零线接通，另一端连接到PLC的加载输出点，将加载阀的一端直接和220V控制电路零线接通，另一端通过时间继电器JS的一对常开触点与220V控制电路火线接通，通过时间继电器延长加载时间。

变频器的正转信号端子FWD，通过电机主电路上的交流接触器KM1的一对常开触点，与变频器公共控制端CM接通。

变频器的模拟量反馈信号C1和GND端子，与压缩气输送管路上的压力传感器相连接。

图5是变频改造后的电路原理图。

空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，交流接触器KM1的常开触点没有闭合，变频器FWD端子与CM端子没有接通，变频器不启动、无输出；当PLC控制交流接触器转换为三角形接法后，KM1的常开触点闭合，变频器FWD端子与CM端子接通，时间继电器JS处于延时状态，加载阀不动作，变频器开始空载变频启动电机。

当变频器启动电机完成后，时间继电器JS动作加载阀，变频器自动变频运行。

四、螺杆式空气压缩机变频改造注意事项

在进行变频改造时应该注意，尽量保持原有设备主电路和控制电路的完整性，对其电路的改动越少越好；这有利于在变频器发生故障或是检修时，空压机可以很方便地改动回到原有的控制方式上去，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得改造时可以不用重新编写PLC程序。

必须保留空压机的工频运行模式，万一变频器出出故障，可以直接切换到工频模式下运行，不至对对生产造成影响。

变频器的启动信号由角形接法交流接触器KM1控制，既在星形时变频器不启动无输出。

时间继电器JS的整定时间要大于等于变频器的启动时间，这保证变频器空载变频启动，有效避免变频器低频启动时过负荷跳闸。

变频器的下限运行频率一般要设在35赫兹或以上，如果赫兹数太低，可能会造成油气分离器无法有效分离油气，造成空压机漏油现象。

但要根据实际情况具体来考虑设定下限频率值，因为不同的空压机其机械配合磨损和效率不尽相同，其不漏油的下限频率也不一定相同。

管路上的压力传感器的安装位置要尽量靠近空压机，不要安装在过滤器或是阀门以后，同时切记压力传感器和空压机之间的管路上不能安装任何阀门元件，防止过滤器堵塞或是阀门关闭后，空压机不停机并发生爆炸危险。

还应该保留空压机原来的压力停机保护开关。

使用变频器下限频率延时停机休眠功能。

按生产工艺要求，变频改造后，适当降低压缩气供气系统的供气压力，将原来的高压变流量供气改变为变频恒压变流量供气方式。

五、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析

如以下公式所示拉力F与摩擦力F’大小相等、方向相反，拉力F在时间T内拉动物体做直线运动，移动位移S。

拉力F在时间T内作的功率P为

由数学知识可知线速度v和旋转角速度ω之间的关系如式2所示,式中f为旋转体的旋转频率。

将式2代入式1可以求得旋转物体摩擦阻力功率如式3所示

由式3可以知道,克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动,需要向旋转体提供的功率按式3公式计算（忽略机械效率损失，认为η为1）。

式3中F’为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转体的旋转半径，f为旋转体的旋转频率。

所以我们可以在忽略空气压缩机机械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的情况下，即始终认为空压机机械效率η为1，可以近似地认为变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。

如图7所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图。

t1是空压机加栽运行时间，t2是空压机卸栽运行时间，加栽/卸栽时的转速和功率分别为P1/n1和P2/n2。

忽略空压机机械效率η的变化，W1和W2分别为空压机加栽运行时间t1和卸栽运行时间t2中由电源输送给空压机电机的能量。

其中W1转换为压缩空气势能、动能和热能等形式的能量，供设备使用。

而W2则转换为机械的摩擦热能和声音、震动等形式的能量损失掉。

所以螺杆式空压机经过变频改造后，由于电机处于变速运行情况下，而通过式3的推导知道电机的平均功率与电机的平均转速成一次方正比例关系。

空压机变频改造后，是根据用气系统的用气量恒压变流供气；所以变频改造后，空压机在周期T（t1+t2）内所作的功W，等于同等工况下，空压机工频运行时，加载运行时间t1内所作的功W1。

如图8所示。

通过以上分析，可知只要知道螺杆式空压机工频改造前卸载运行时间和卸载电流，就可以大致计算出，相同工况下变频改造后的节能功率和节能电量（忽略机械效率η的变化）。

活塞式空压机改造方案

一、改造理由

水气厂氮氧工段共有16台活塞式空压机，其中9台无油空压机（5

台2Z-6/8、2台3L-10/8、1台4L-20/8、1台LW132/204C），7台有油润滑压缩机（5台5L-16/50空压机、2台4L-20/8氮气压缩机），经长期生产运行，上述设备呈现出以下不足：

1、无油空压机填充聚四氟乙烯活塞环一般只能运行3000小时左右，就会出现局部断裂、严重磨损等现象，使空压机发生压力偏低、一级超压等故障，进而导致维修量及检修费增加；

2、5L-16/50空压机一级冷却器因一级注油量过大而严重结碳，致冷却效果降低，且易造成通道堵塞、超压、燃烧等事故，同时也给二、三级的压缩过程带来安全隐患。

（氮压机暂不考虑）

二、项目实施

1、新活塞环材料为填充MC尼龙，其组成为尼龙、填充20%的玻璃纤纹、10%的二硫化钼、石墨等，该材料性能有硬度高，耐磨性强，自润滑较好等特点；

2、将9台无油压缩机一、二级填充聚四氟乙烯活塞环及导向环全改为填充MC尼龙环，尺寸与原活塞环一样，切口为45度，一级：

切口间隙为6+0.3mm，侧间隙0.42mm；二级：

切口间隙5+0.5mm，侧间隙0.32mm。

3、将5台5L-16/50空压机一级铸铁活塞环改为填充MC尼龙环，因一级活塞上下往复运动，故视实施后运行情况在决定是否增加支承环；尺寸要求：

切口间隙8+0.3mm，侧间隙0.48mm。

4、该项目要结合实际生产及新备件到货时间内进行实施。

三、费用估计及预计效果

1、项目实施费用：

0.85万元；

2、预计效果：

1）无油压缩机运行时间由3000小时延长至7000小时；

2）减少5L-16/50空压机一级冷却器结碳现象优化设备运行环境；

3）综合效益明显。

冰机检修质量优化方案

一、现状

1、目前冰机检修调整轴向间隙主要是用铜皮的增减来调整，故修

后运行的冰机在轴向载荷的冲击下，铜皮因质软发生轴向减薄变形，导致主、从动转子轴向窜量增大，产生向吸气侧（低压）轴向位移，使端座及转子破坏性磨损，由此不得不在修后运行3-4个月再停机检修；

2、频繁检修冰机不仅影响生产，成本高，而且性能下降。

二、项目实施

1、按冰机型号购进内外隔圈、挡圈、调整垫圈放大厚度尺寸的毛坯件；

2、先以铜皮调整好冰机间隙，然后测定铜皮与各调整件的总厚度，再将毛坯件按所测实际尺寸在磨床或精度高的车床加工，最后将加工好的配件按技术规定进行装配；

3、配件的加工要注意两端面的平行度和光洁度。

三、预计效果

1、明显延长冰机运行时间，可达到8个月以上；

2、大幅度降低检修费用，促进甲醇水的生产。

2#氮压机技术更新方案

一、现状

1、2#氮压机4L-20/8为70年代产品，已超过规定使用寿命，并且效率低，检修费用高，备件采购困难；

2、2#氮压机机身两轴承孔中心偏差大，运行时皮带轮甩动超标，且油箱渗油；从安全角度分析，该设备电机为JR系列滑环式，无电控柜，仅由一手拉开关控制电源，开停车常出现电火花，给操作人员带来严重隐患。

二、实施内容及效果

将2#氮压机更新为180KW、28m3/h的风冷式微油螺杆压缩机后，可代替原1#、2#氮压机压缩3套空分塔生产的氮气，从电机铭牌上比较，每小时节电80KWh，并节循环水21m3/h；而且该新设备有自动增减载功能，可根据工艺要求设定送出压力，降低工人劳动强度，提高安全性。

三、实施费用及预计降耗额

1、实施费用估计：

24万元；

2、年节约额：

电费29万+检修费1.2万+循环水0.2=30.4万元

空分装置技术改造方案

一、现状

空分系统现有四套中压流程空分塔，1#-4#塔为70年代杭州制氧

机厂产品，5#塔为苏州制氧机厂1989年生产，均超过规定使用寿命，目前存在的缺陷如下：

1、氮气产量仅为500m3/h，氧气产量不到120m3/h，即能耗高，效率低；

2、由于油气分离器分离效果差及操作技术下降，空分塔内含油量增大，严重影响产品纯度和塔的运行周期，并存在安全隐患；

3、2003年四川空分集团简阳沱江机械厂为我们大修2#、3#塔，发现冷凝蒸发器内壁铜体蜕变，即变脆、减薄，用手就可撇下，施工人员认为该设备能运行到现在不出安全事故是奇迹；

4、因装置老化，经常拔塔补漏，致检修费用高。

二、项目实施简述

从安全上认为，该项目应及时实施，但考虑到目前公司资金困难，建议保留1#、4#、5#塔，新增一套1500m3/h（氮气）全低压流程空分装置，在新塔检修时可开3套老塔送氮气。

（详细内容见“3扩5”配套技改）

三、预计效果及收益

经与小空分生产厂交流，新增一套1500m3/h（氮气）全低压流程空分装置优点如下：

1、新塔总功率为650KWh，而老空分系统总功率为860KWh，比较知，运行新塔每小时可节电1814400KWh，节约额67万元；

2、因新塔全低压操作（Pmax=0.7Mpa），原料为无油空气，安全系数高；

3、吸附装置可进行全自动操作，降低劳动强度；

4、产量高，可满足化工系统扩产用气。

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