燃氣鼓風機變頻調速系統的設計分析

冀曉烽

摘要：在燃氣生產、使用過程中，采用變頻器對鼓風機、水泵及油泵等進行速度控制，不僅能夠實現自動調節風量與流量，還能夠節約能源，提高經濟效益，因而在得到了廣泛普及和應用。文章以一個實例探討了燃氣鼓風機變頻調速系統的設計以及使用效果。

關鍵詞：燃氣；鼓風機；變頻調速系統；設計

中圖分類號：TM921 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0012-02

變頻調速的不僅實現了電機寬范圍無級調速和系統的壓力、流量等重要工藝的閉環自動調節，同時由于電機轉速可調，還能夠大幅度降低風機出現飛動現象，使得風機的振動減少，生產噪聲也相對減小。另外，因為使用變頻調速技術，能夠使風機機后壓力可以實現穩定自動調節，從而提高了管網的安全運行可靠性，所以在現代生產中得到了大范圍的應用和普及。

1 實例概況

某市居民用戶以及公建用戶燃氣用量占到供應燃氣總量的約85%，同時該市燃氣用量極不均衡，通常集中在午間和晚間兩個高峰。燃氣公司在燃氣供用量上也存在不均衡的問題，一直習慣于頻繁開停風機的方法，極大的增加了勞動強度，與此同時風機出口燃氣壓力的波動較大，極易出現操作失誤，從而導致了風機出口壓力低于下限，給安全生產帶來重大隱患。為了有效降低風機出口燃氣壓力波動和工作人員勞動強度，該市引入了變頻調速技術。共采用了3臺1-3號大小的大風機，使用160kw的電動機，選擇了2臺4-5號的小風機，選擇了75kW電機。每日有8小時左右燃氣用量極小，而在用氣高峰時間3小時內燃氣用量可以達到全天用量的40%左右。

2 燃氣鼓風機變頻調速系統的設計

系統設計時，僅把3號大風機改造成變頻調速，同時還對1號和2號風機的有關設備進行了改造并與之聯鎖操作。

（1）如果為中等用氣量，采用3號機單機變頻運行的方式，同時風機出口壓力應當始終維持在35kPa。如果用戶用氣量在某一個范圍內開始出現波動時，應當保證3號機單機變頻運行可以保持風機出口壓力始終維持在35kPa，此時的壓力波動極小，低于0.2kPa。

（2）如果燃氣用量極小時，可以讓3號機單機變頻運行，同時應當采取這種設置方式：如果頻率不超過25Hz，同時實際壓力不超過35kPa且在2.5分鐘以內時，那么應當將PCL自動將設定總輸氣壓力上升到58kPa，等到實際壓力已經上升達到58kPa時，風機就會自動停車，與此同時可以把設定壓力自動減小到35kPa。如果實際壓力不高于35kPa且時間持續30秒時，應當啟動3號風機變頻運行。經過這樣的反復啟動和停車，鼓風機會在2小時左右啟動一次，確保管網燃氣壓力和小量用氣。

（3）如果用氣量較小時的情況下，出口壓力波動維持在（35±2）kPa。此時頻率不超過25Hz且時間長于2.5分鐘，但是并未達到實際壓力不超過35kPa時間長于2.5分鐘的要求，所以PCL就不能夠把設定總輸氣壓力上升達到58kPa。同時，這種情況下頻率波動范圍通常較大且較為頻繁，而且風機的轉速頻繁地借助臨界進行轉速，利用變頻調速能夠穩定風機出口壓力波動能夠一直處在（35±2）kPa。實際生產中，為了盡可能降低這種操作發生的頻率，需要經常停變頻風機，并且開小風機運轉。

（4）如果變頻風機和其他大風機共同配合運行，并且風機出口壓力始終維持在（45±1）kPa。實際生產中，3號風機變頻滿負荷，也即是50Hz運行，但是總輸氣壓力依然不超過設定壓力，也即是35Hz時，在持續滿負荷運行達到1.5分鐘之后，PLC就可以啟動1或者2號風機，然后采取工頻運行的方式來補充，同時還會把設定壓力提升至45kPa。如果遇到氣量減少，同時實際輸氣壓力已經超過設定值但是變頻風機穩定在0Hz運行時間已經長達10秒后，那么PLC就會切除1號風機或者2號風機，并且把設定壓力減少到35kPa。

（5）還應考慮到報警信號。實際生產中可以設置總輸氣壓力高低限報警以及儲氣罐高限報警、變頻故障報警等多種報警形式。

3 應用效果分析

（1）壓送單位燃氣量耗電量分析。使用該系統前1-11月份，該市壓送1000m3燃氣耗電量達到了27.825KW·h，使用后這一數值降低到了24.761KW·h。

（2）鼓風機運行壓力的變化分析。該市0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07MPa升壓下所對應的1000m3燃氣所消耗的電能分別為7.4、13.0、16.3、20.7、25.8、32.5KW·h，從中可以計算出每升壓0.01Mpa，該市每1000m3燃氣所消耗的電能就可以提高5.1KW·h。同時從午、晚高峰的用氣情況來看，此時兩臺大風機運轉，使用變頻后風機出口壓力能夠始終維持在約0.045MPa。而變頻前采取的是一臺大風機運轉，同時通過幾臺小風機的頻繁開停來穩定其供需平衡，這種情況下風機出口壓力波動始終保持在0.03-0.055Mpa這一范圍內，平均可以達到0.045Mpa左右。因而我們可以發現變頻前后風機耗電接近。使用變頻調速后風機出口壓力維持在約0.035Mpa，每日達到8小時左右，而這段時間內達到2萬m3，占到每日供氣量的40%左右，但是使用變頻前風機出口壓力的波動一般維持在在0.030-0.058Mpa這一范圍內，平均約為0.045MPa。我們假設風機出口壓力每減少0.01Mpa時，就能夠供應1m3，相應的燃氣能夠降低電耗0.0051KW·h，那么每日就能夠節電102KW·h，可以占到風機日耗電總量的8.5%。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的迅速發展和生產力的不斷提高，變頻調速技術已經能夠成為燃氣鼓風機流量調節的主要手段，采用變頻調速技術所帶來的生產的便利性、高效性以及節能特性是其他調節手段所無法不可比擬的。

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