[摘要]通過對離心式循環壓縮機運行工藝的了解，山東某化工企業採用英威騰研發、生產的高壓變頻器對電機進行調速改造，取得了可觀的節能效益。
[關鍵詞]離心式循環壓縮機； 高壓變頻器；節能
一、引言
山東某化工有限公司是山東石化集團公司的下屬企業，以重油的生產和銷售為主。主要產品包括93#、90#車用無鉛汽油，液化氣、柴油、焦炭、輕質油、丙烯等；其中高壓變頻器應用在丙烯車間的循環氣壓縮機上。此負載設備為離心式循環壓縮機，參數如下：
壓縮機型號
4V-2S
電動機型號
YB450M1-2
生產廠家
錦西化工機械廠
生產廠家
南陽防爆電機廠
介質
合成氣（CO，H2等）
額定功率Pdn
450kW
功率
323 kW
額定轉速n0
2980 r/min
額定轉速
14029 r/min
額定電壓U0
6kV
額定流量
20190 m3/h
額定電流I0
52.1A
入口壓力
1.35 MPa
額定功率因數
0.88
出口壓力
1.85 MPa
增速箱增速比
1:4.7
二、應用環境分析
工藝流程如圖1所示：
在實際應用中，工頻時每次啟動壓縮機都是重載啟動，啟動起來十分不容易，同時還給工藝上帶來很大隱患，比如噪音大，啟動電流大，影響設備壽命、壓力突變等。另外，由於負載的波動性較大，電機很少在滿載情況下運行，僅依靠關出口閥、打迴流來調節流量，浪費嚴重，能耗較高，運行十分不經濟。為了解決這一系列問題，通過多方調研，該化工廠決定採用高壓變頻器對電機進行調速改造。
三、系統方案提出
1.變頻調速原理
按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關係式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
式中：P-電機極對數；f-電機運行頻率；s-滑差。
從式中看出，電機的同步轉速n0正比於電機的運行頻率(n0=60f/p)，由於滑差s一般情況下比較小（0-0.05），電機的實際轉速n約等於電機的同步轉速n0，所以調節了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機成立的電磁關係式：
E=4.44fwΦ ………②
式中：E-電機電動勢，f-定子頻率，W-繞組係數，Φ-氣隙主磁通。
對非同步電機調速時，希望主磁通Φ恆定，即U/F保持恆定，所以改變頻率時，供電電壓也應跟著變化。
2.高壓變頻器技術路線的選擇
目前，因為功率器件耐壓的限制，高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣，有統一的拓撲結構。目前，市場上主流的高壓變頻器多採用單元串聯多電平的拓撲結構，系統結構如圖2所示：
由於這種結構是利用低壓功率器件實現高壓，巧妙的避開了電力電子功率器件耐壓不足的問題。同時通過前端的移相變壓器，實現了多脈衝整流，具有對電網諧波污染小的優點，有些廠家又把這種變頻器稱為「完美無諧波變頻器」。在變頻器的內部控制上，利用功率單元輸出波形的移相疊加，形成多電平輸出電壓波形，可以直接適配普通國產非同步電機，對電機的絕緣沒有特殊要求，並且具有脈動轉矩小，無共模電壓的明顯優點。因為技術成熟，低壓功率器件易於採購，因此成為市場上的主流方案。通過全方位的調研，該化工廠確定了英威騰研發、生產的高壓變頻器CHH100產品。
3. 一次主迴路方案
通過諮詢和現場分析，決定採用一拖一手動旁路方案：主迴路由負荷開關QF、3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成（如圖3）。其中要求QS2和QS3不能同時閉合，在機械上實現互鎖。高壓隔離開關QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用QF的輔助觸點閉鎖。只有當QF斷開時，QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運行時，QS1和QS2閉合，QS3斷開，變頻器得電啟動后，電機處於變頻運行狀態；工頻運行時，QS3閉合，QS1和QS2斷開，QF閉合后，電機實現工頻直接啟動，恢復改造前的運行狀態。
四、具體使用效果
1. 現場技術數據：
改變頻后比工頻運行時的參數對比表：
工頻
變頻
電機轉速
2980r/min
1200r/min
輸入電流
47A
7A
功率因數
0.47
0.85
出口閥門（FV1001）開度
35%-40%
100%
入口壓力
1.35MPa
1.35MPa
出口壓力
1.85MPa
1.43MPa
壓力差
0.5MPa
0.08MPa
出口流量
20190m3/h
8455m3/h
節省電費為M=1291680-348192=943488元≈94.3萬元。
2. 變頻器運行情況：
採用變頻調速后，帶來的最大好處有以下幾點：
1.電機實現軟啟動，電機啟動電流遠遠小於額定電流，啟動時間相應延長，對電網衝擊很小。
2.壓縮機出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設備嘯叫嚴重，能達到120分貝；改變頻后壓差為0.8公斤，噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機的使用壽命，相應地延長了許多零部件的壽命；同時極大的減輕了對管道的衝擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護開支，節約大量維護費用。
3.輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無用功，浪費極大。
4.提高了功率因數
五、客戶評價
通過對離心式壓縮機改造前後的對比，達到了預期的節能效果，給用戶的生產降低了成本減少了生產設備的維護工作；目前英威騰CHH100高壓變頻器運行穩定，生產持續，受到該化工廠生產車間、維護班組和公司領導的高度評價。
