Quando il controllo tramite VFD è opportuno per un compressore di azoto
La velocità variabile è utile quando la domanda varia all'interno di un intervallo operativo approvato per il compressore; non autorizza invece a funzionare al di sotto della velocità minima o a eliminare l'accumulo.
Un variatore di frequenza può consentire a un compressore di azoto di seguire più fedelmente la domanda, ridurre gli arresti e le accensioni/spegnimenti e stabilizzare la pressione del serbatoio. Tuttavia, può anche comportare costi e complessità aggiuntivi senza alcun risparmio energetico, qualora il processo operi normalmente in prossimità di un punto di carico fisso o se il compressore ha un intervallo di velocità consentito ristretto. Le macchine alternative, in particolare, possono presentare limiti di velocità minima legati alla lubrificazione, al raffreddamento del motore, alla dinamica delle valvole, ai carichi sulle aste, alle prestazioni di raffreddamento e al comportamento torsionale o vibratorio. È necessario valutare il controllo tramite variatore di frequenza in base al profilo di domanda misurato, alla mappa delle velocità consentite dal produttore, alle dimensioni del serbatoio e alla potenza specifica a carico parziale. La questione non è se un variatore di frequenza possa far girare il motore a una velocità inferiore, ma se l'intero compressore rimanga efficiente, raffreddato, lubrificato e meccanicamente accettabile durante tale operazione.
Termini VFD che guidano la decisione
- azionamento a frequenza variabile
- Un azionamento elettronico che varia la frequenza e la tensione di alimentazione del motore per controllare la velocità di rotazione entro un intervallo approvato.
- gamma di regolazione
- La capacità utilizzabile o l'intervallo di velocità entro il quale il compressore può funzionare in modo continuativo rispettando i limiti meccanici, di lubrificazione, di raffreddamento e di prestazione.
- velocità minima
- La velocità di rotazione minima approvata per lo specifico pacchetto di compressori e per il relativo utilizzo, stabilita dal produttore anziché da una percentuale generica.
- raffreddamento del motore
- Il metodo con cui il motore dissipa il calore; le ventole montate sull'albero possono fornire un flusso d'aria inferiore a velocità ridotta, a meno che non sia previsto un sistema di raffreddamento separato.
- pressione del ricevitore
- La pressione di stoccaggio misurata viene comunemente utilizzata come segnale di feedback per il controllo della capacità.
- potenza specifica
- La potenza in ingresso divisa per il flusso di gas erogato in una determinata condizione, utile per confrontare l'efficienza in diversi punti di carico.
1. Creare un profilo di domanda prima di scegliere il metodo di controllo
Raccogli i dati di portata e pressione durante turni di produzione rappresentativi. Identifica la domanda minima, tipica e massima, la durata di ciascun livello e la velocità con cui la domanda varia. Un impianto con un funzionamento prolungato vicino a una determinata portata potrebbe trarre scarso beneficio dal controllo della velocità. Un impianto la cui domanda varia gradualmente in un ampio intervallo può essere un ottimo candidato. I picchi molto brevi sono spesso gestiti meglio da serbatoi di accumulo, poiché la velocità meccanica non può variare istantaneamente senza limiti.
Distinguere la reale domanda di processo dalle perdite e dalla domanda artificiale creata da una pressione eccessiva nel collettore. Installare un variatore di frequenza per individuare le perdite in modo più efficiente significa comunque comprimere gas che non dovrebbe essere disperso. Riparare le perdite anomale e verificare la pressione minima di processo richiesta prima di stimare il beneficio energetico.
2. Ottenere la velocità e il carico di lavoro approvati dal produttore
Richiedere informazioni sulla gamma di velocità continua consentita alla pressione di aspirazione, alla pressione di mandata, alla temperatura del gas e alla composizione di azoto effettive. Verificare se il comportamento delle valvole, la velocità del pistone, la lubrificazione, l'equilibrio, il carico dello stelo e il funzionamento del refrigeratore impongono vincoli diversi a bassa o alta velocità. La gamma di frequenza elettrica di un fornitore di azionamenti non corrisponde all'inviluppo operativo del compressore.
Per i motori con ventole di raffreddamento azionate dall'albero, la bassa velocità può ridurre il raffreddamento quando la coppia rimane significativa. Alcuni pacchetti utilizzano ventole alimentate separatamente o altri sistemi. Verificare le prestazioni termiche del motore e l'eventuale frequenza minima. Esaminare anche le velocità critiche di torsione o le bande proibite in cui il treno non deve sostare.
Utilizzare il sito compressore di azoto a velocità variabile risorsa come secondo controllo durante la traduzione di questo requisito in una specifica del compressore. Il controllo incrociato qui è legato al controllo VFD dei compressori di azoto a velocità variabile.
3. Confrontare il controllo VFD con le alternative di scarico, bypass e avvio-arresto
I compressori a velocità fissa possono controllare la portata tramite scarico, dispositivi di sicurezza, bypass, funzionamento start-stop o combinazioni di questi, a seconda del progetto. Ogni metodo presenta una diversa curva di potenza. Confrontare la potenza in ingresso misurata o fornita dal fornitore nei punti di portata rilevanti. Un variatore di frequenza (VFD) è una soluzione interessante quando la riduzione della velocità diminuisce sia la portata che la potenza in modo efficiente, evitando cicli di accensione e spegnimento eccessivi, ma non è automaticamente superiore a ogni meccanismo di controllo della portata.
Considerare la strategia di pressione. Se il controllo a velocità fissa richiede un'ampia banda di frequenza del ricevitore, mentre il controllo tramite variatore di frequenza (VFD) può mantenere una pressione di mandata media inferiore, i risparmi sul sistema possono derivare sia dalla riduzione della pressione che della velocità. Al contrario, il mantenimento di un setpoint di pressione inutilmente elevato con un VFD può annullare parte del beneficio atteso.
4. Mantenere un volume del ricevitore sufficiente a gestire i transienti veloci
Un regolatore di pressione necessita di tempo per rilevare una variazione e comandare la velocità. Anche il compressore ha dei limiti di accelerazione. Un ricevitore assorbe la differenza durante tale risposta. Se la capacità di accumulo è insufficiente, la pressione può variare rapidamente e l'inverter potrebbe oscillare tra i comandi. Dimensionare il ricevitore e la risposta del regolatore tenendo conto del più rapido incremento di pressione plausibile e della deviazione di pressione accettabile.
Posizionare il trasmettitore di controllo nel nodo di pressione rilevante. Un trasmettitore posizionato immediatamente in prossimità del compressore può mascherare la caduta di pressione per un utente remoto. Un trasmettitore remoto può migliorare il controllo della pressione da parte dell'utente, ma introduce dinamiche di linea e di segnale. È preferibile calibrare il circuito di controllo della pressione dopo la messa in servizio delle tubazioni e del serbatoio, piuttosto che copiare impostazioni generiche di un sistema proporzionale-integrale.
5. Valutare la potenza specifica sull'intera distribuzione del carico
Per ogni fascia di richiesta, stimare la potenza assorbita dal compressore, incluse le perdite di azionamento e gli ausiliari più importanti, quindi dividerla per il flusso di azoto erogato su una base di riferimento costante. Ponderare questi valori in base alle ore trascorse a ciascuna fascia di richiesta. Questa potenza specifica ponderata in base al carico è più significativa rispetto al solo confronto dell'efficienza a pieno carico. Includere le variazioni di velocità di ventilazione, pompa o raffreddamento, se significative.
Non estrapolare linearmente valori inferiori a quelli forniti dal fornitore. Perdite interne, perdite di valvola, raffreddamento e attrito meccanico non sono direttamente proporzionali alla velocità. Per progetti importanti, utilizzare curve di prestazione validate o eseguire un test supervisionato. Se la maggior parte delle ore di funzionamento si verifica in prossimità della velocità minima consentita, un compressore più piccolo con accumulo o una configurazione multicompressore a più stadi potrebbe risultare più efficiente.
Prima di congelare la scelta dell'attrezzatura, confrontare questo compito con quello del sito compressore di azoto senza olio intervallo e confermare che venga utilizzata la stessa base di pressione. Il controllo incrociato qui è legato al controllo VFD dei compressori di azoto a velocità variabile.
6. Limiti di commissione, allarmi e comportamento di fallback
Impostare i limiti minimi e massimi di velocità, accelerazione e decelerazione, i setpoint di pressione e gli eventuali intervalli di velocità proibiti, in base alla documentazione approvata. Verificare la risposta del sistema in caso di guasto del trasmettitore di pressione o di malfunzionamento dell'inverter. Un impianto critico potrebbe necessitare di un compressore di riserva o di backup a velocità fissa automatica, piuttosto che permettere che un singolo guasto all'azionamento interrompa l'erogazione di azoto.
Monitorare velocità, portata, pressione di aspirazione, pressione di mandata, corrente del motore, temperature chiave e potenza specifica durante la messa in servizio. Eseguire test a bassi e alti carichi. Verificare la presenza di oscillazioni, valvole instabili, aumento della temperatura a bassa velocità o raffreddamento inadeguato del motore. Il campo di controllo finale deve corrispondere al campo di stabilità comprovato, non semplicemente al campo più ampio che l'azionamento può gestire.
Tabella di idoneità dei VFD
| Articolo | Domanda di ingegneria | Segnale di verifica o di decisione |
|---|---|---|
| Variabilità della domanda | Quante ore si trascorrono a ciascun livello di flusso? | Una distribuzione ampia e costante di carichi parziali supporta la validità economica di un sistema di azionamento a frequenza variabile (VFD). |
| Involucro del compressore | Qual è l'intervallo di velocità approvato dal punto di vista meccanico e termico? | I controlli impongono ai fornitori i valori minimi, massimi e le eventuali fasce di prezzo vietate. |
| Deposito e regolazione | Il volume del ricevitore è in grado di gestire rapidi cali di domanda? | La pressione rimane stabile senza rapide oscillazioni di velocità. |
| Efficienza | Qual è la potenza specifica in ciascun punto di carico? | Il consumo energetico ponderato in base al carico viene confrontato con le alternative a velocità fissa. |
| Annotare la motivazione finale nella richiesta di offerta, nel fascicolo di collaudo o nel registro di manutenzione, in modo che un altro ingegnere possa riprodurre la decisione. | ||
Foglio di lavoro per la verifica del progetto
Utilizzare l'azionamento a frequenza variabile come punto di controllo sul campo, collegato alla procedura "Raccogliere i trend rappresentativi di flusso e pressione dell'azoto prima di selezionare il controllo tramite VFD". Annotare il punto di misurazione o di ispezione, lo stato del gas, il carico del compressore, le posizioni delle valvole pertinenti e il documento che definisce l'accettazione. Verificare contemporaneamente la velocità minima, in modo che un sintomo locale non venga scambiato per un problema dell'intero sistema. Il concetto di "variabilità della domanda di profilo" è completo solo quando l'osservazione porta a una decisione chiara: accettare, correggere o inoltrare la segnalazione al fornitore. Ripetere il controllo dopo ogni correzione e conservare i valori prima e dopo insieme alla documentazione di messa in servizio o manutenzione.
Verificare la "gamma di velocità consentita" creando una condizione controllata in cui la gamma di regolazione e il raffreddamento del motore possano essere interpretati congiuntamente. Stabilizzare il sistema, annotare pressione, temperatura, portata o stato della macchina, a seconda dei casi, e utilizzare strumenti calibrati o ispezioni dirette nei punti indicati. Eseguire la "ricerca della velocità minima e massima approvata per il compressore per il funzionamento effettivo" e registrare sia la risposta prevista che quella osservata. Se è richiesto un limite specifico per il modello, ricavarlo dalla documentazione del compressore, del serbatoio, della tubazione, del generatore o del processo selezionato, anziché inserire un valore generico. La registrazione deve dimostrare perché la decisione finale è tecnicamente giustificabile.
Prima di chiudere l'ordine di lavoro, assicurarsi che l'operazione "Confronta la potenza del VFD con le alternative di scarico, bypass, avviamento-arresto o compressore a stadi" sia tracciabile tramite prove. Per la velocità minima, registrare il punto di riferimento e l'unità o la condizione fisica; per la pressione del ricevitore, registrare il punto di confronto che conferma il corretto funzionamento del sistema. Collegare entrambe le osservazioni all'operazione "Confronta lo scarico rispetto al controllo della velocità" e al carico effettivo o alla modalità operativa. Un valore senza indicazione di posizione e stato è difficile da riutilizzare in seguito. Qualora il controllo riveli una discrepanza, correggere la restrizione, lo stato di controllo, la condizione del componente o l'ipotesi di progettazione che l'ha causata, quindi ripetere la stessa osservazione in modo che la riparazione sia dimostrata e non ipotizzata.
Considerate l'azione "protezione della lubrificazione e del raffreddamento" come un piccolo esperimento di collaudo. Definite lo stato iniziale, osservate il raffreddamento del motore, modificate solo la variabile necessaria per il test approvato e monitorate la risposta a una potenza specifica. L'azione "Dimensionare il volume del ricevitore e posizionare il trasmettitore di pressione per un controllo stabile" dovrebbe registrare le condizioni iniziali, l'intervento, le condizioni finali e qualsiasi allarme o risposta di controllo. Questo è utile quando diversi componenti possono generare lo stesso sintomo. Modificando un fattore alla volta e mantenendo il compressore entro i limiti approvati, il team può distinguere la causa dalla coincidenza ed evitare di sostituire componenti non responsabili.
Questa decisione può anche essere verificata incrociando i dati del sito compressore di N2 ad alto flusso informazioni prima del rilascio della scheda tecnica del progetto. Il controllo incrociato qui è legato al controllo VFD dei compressori di azoto a velocità variabile.
Per garantire l'affidabilità a lungo termine, collegare la funzione "Calcola la potenza specifica ponderata per il carico utilizzando condizioni di riferimento di flusso coerenti" a una linea di base per la pressione del ricevitore. Registrare tale linea di base quando l'impianto è pulito, stabile e in buone condizioni, quindi includere l'azionamento a frequenza variabile e il carico operativo in modo che le letture successive possano essere normalizzate. Il concetto di revisione "setpoint di pressione coordinati" dovrebbe avere un trigger definito per l'indagine anche quando il valore assoluto non ha raggiunto un allarme. Una deviazione graduale da una linea di base riproducibile spesso fornisce un preavviso maggiore rispetto a una singola lettura isolata. Se la configurazione del processo cambia, creare una nuova linea di base documentata anziché confrontare stati operativi diversi.
Durante la revisione ingegneristica, mettete in discussione l'ipotesi alla base della "valutazione del caso energetico" tracciando il percorso fisico associato a una specifica gamma di potenza e di regolazione. Seguite il percorso del gas, del calore, della forza, del segnale di controllo o della perdita dalla sorgente alla destinazione e identificate ogni componente che può alterare il risultato. Quindi completate la sezione "Limiti di velocità di messa in servizio, risposta ai guasti, temperature e stabilità del circuito di pressione" nel punto in cui la decisione viene effettivamente presa, non in corrispondenza del misuratore più comodo. Registrate qualsiasi calo di pressione, differenza di temperatura, ritardo di controllo o riscontro di ispezione che spieghi il comportamento. Questa verifica basata sul percorso impedisce che le misurazioni locali vengano interpretate senza il contesto del sistema.
confine di sicurezza e verifica
Un variatore di frequenza (VFD) modifica le condizioni operative elettriche e meccaniche. Attenersi ai requisiti relativi a motore, compressore, giunto, lubrificazione, raffreddamento e aree a rischio di esplosione per il variatore selezionato. Non ridurre mai la velocità minima per sopprimere un allarme di pressione senza previa verifica tecnica. Evitare il riavvio automatico durante la manutenzione e bloccare sia l'alimentazione elettrica che l'energia pneumatica immagazzinata.
Lista di controllo per la valutazione dei VFD
- Raccogli i dati rappresentativi relativi al flusso e alla pressione dell'azoto prima di selezionare il controllo VFD.
- Acquisire la velocità minima e massima approvata dal compressore per l'effettivo utilizzo.
- Confronta la potenza dei variatori di frequenza con le alternative di scarico, bypass, avviamento-arresto o compressore a stadi.
- Dimensionare il volume del ricevitore e posizionare il trasmettitore di pressione per un controllo stabile.
- Calcola la potenza specifica ponderata in base al carico utilizzando condizioni di riferimento di flusso coerenti.
- Limiti di velocità della commissione, risposta ai guasti, temperature e stabilità del circuito di pressione.
Domande a velocità variabile
Ridurre la velocità del 20% comporta una riduzione della potenza del 20%?
Non necessariamente. Le perdite del compressore e dei componenti ausiliari non sono perfettamente proporzionali alla velocità. Utilizzare i dati prestazionali del fornitore o le misurazioni di potenza e portata effettuate nei punti di carico effettivi.
Un variatore di frequenza (VFD) può eliminare il serbatoio di accumulo?
Generalmente no. Il sistema di accumulo assorbe le variazioni più velocemente di quanto il compressore possa reagire e contribuisce a stabilizzare i circuiti di controllo della pressione. Il volume necessario dipende dal transitorio di domanda e dalla strategia di controllo.
Cosa succede se la domanda normale è inferiore alla velocità minima del compressore?
Utilizzare un sistema di controllo start-stop o a scarico con un'adeguata capacità di stoccaggio, collegare più compressori in serie o scegliere una macchina di dimensioni inferiori. Non operare al di sotto del minimo approvato solo per soddisfare la domanda.
regola decisionale VFD
La velocità variabile è utile quando una reale e costante gamma di richieste si sovrappone alla gamma di velocità approvata del compressore e la potenza specifica ponderata per il carico migliora. Nella progettazione è necessario tenere conto dell'accumulo, della protezione dalla velocità minima, del raffreddamento del motore e del comportamento del circuito di pressione; un variatore di frequenza è uno strumento di controllo della capacità, non un sostituto del corretto dimensionamento.
