燃氣鼓風機變頻調速系統(tǒng)的設計分析

　　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(jié)風量與流量，還能夠節(jié)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(tǒng)的設計以及使用效果。

　　變頻調速的不僅實現了電機寬范圍無級調速和系統(tǒng)的壓力、流量等重要工藝的閉環(huán)自動調節(jié)，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(wěn)定自動調節(jié)，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(tǒng)的設計

　　系統(tǒng)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(lián)鎖操作。

　?。?）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。

　?。?）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(xù)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(wěn)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(fā)生的頻率，需要經常停變頻風機，并且開小風機運轉。

　?。?）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(xù)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(wěn)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(tǒng)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(wěn)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(fā)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(jié)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(fā)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(jié)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(jié)能特性是其他調節(jié)手段所無法不可比擬的。