摘要：在氧气的制造与生产过程中，空分系统电气设备是其重要设备之一，如果其存在某些方面的故障问题，必定会对单体设备使用产生严重的影响，甚至会造成整个系统的停转。笔者在文中以某公司的空分装置电气系统为例，因为该企业该系统的设计、设备等并没有与实际进行有效的结合，因而导致了很多缺陷的出现，无法满足正常的使用需要，对单体设备及系统运行产生了较为严重的影响。对此，文中对其中所存在的问题进行了分析之后，给出了相应的改造方案。
关键词：空分系统；电气设备；技术改造
一、引言
某公司的空分装置投入生产使用已有多年，在实际使用过程中存在着诸多故障问题，由于设计、设备配置等未能与实际较好的结合，因此造成冷冻机控制、UPS电源、直流屏等存在缺陷，不能满足电气设备运行要求，影响单体设备及空分系统的安全、稳定运行。为此文中笔者主要从各系统的设计缺陷为主要切入点，展开相应的分析与总结，并提出了改造方案。
二、变频调速技术
（一）问题分析
第一，在使用一套变频装置的情况下，要保证两台凝结水泵在同一时间是处于不同状态的，一台为变频运行状态，而另一台是处于工频备用中；第二，在凝结水泵的变频装置中，将相关信号接入DCS控制系统的情况下，要仔细核对和调试信号的接线方式；第三，在之前的逻辑基础上，加设变频器启动等相应的逻辑，对两台凝结泵的变频运行中联锁和保护逻辑进一步改进；第四，合理增设、修改凝结水泵的DCS操作画面。
（二）改造方案
空分装置改造后空压机为两级压缩永磁变频空压机，主机采用大小不同的两组螺杆转子，实现合理的压力分配，降低了每次压缩的压缩比。比功率达到5.81kW/m3/min，为一级能效机组。改造后运行方式为2用1备，其中1台为变频控制，运行时为1工频与1变频配合，根据现场的实际用气按需输出，变频智能调速恒压供气，保障工频一直处于加载状态，避免空压机频繁加卸载，保护空压机，启动时减轻电网的负荷，同时变频和工频可切换（变频故障时不影响机器使用）。将输出压力设定在恒压输出（精确到0.1Bar）可节省过压造成的浪费，同时延长气动工具的寿命，提高输气质量，既保障了稳定生产又能达到能效最大化。
变频恒压供气指根据管网瞬时用气量的变化来自动调节空压机的转速和运转台数，使管网保持恒定压力。其原理是通过变频器来调整电机转速，使输出功率与流量需求成正比，减少电动机的加、卸载次数，降低功耗。本空压机的改造集中在此领域。对螺杆式空压机进行变频改造，实现带载软启动，能耗下降8.95%，节约润滑油20%。采用变频一级能效两级替换工频三级能效单级压缩螺杆压缩机，节电率达40.85%。进结合PLC和变频技术，节能显著，且性能稳定、编程简单、易于推广。将变频调速与变极电动机、串极调速等方案相比较，认为前者有无极调速、自动控制、方便改造等优势。
三、冷冻机控制电源改造
（一）问题分析
冷冻机的电机启动器电源是直接与主电机控制回路相连接的，如果风扇发生短路而导致冷冻机回路断开，将造成冷冻机的失电情况，从而造成冷冻出现停机故障，从而对制氧机组的稳定运行产生直接性地影响，严重时会导致制氧机的运行停止。
（二）改造方案
对冷冻机主的电机回路进行相应的优化改进，将风扇回路与冷冻机回路相隔离，也就是将冷冻机的风扇电源改造成冷冻机主电源的下方线路中，并对风扇电机新增开关，从而让使风扇电源与冷冻机回路相隔离，保证二者不产生任何影响。
四、UPS电源改造
（一）存在的问题及分析
制氧机的UPS电源，主要为主机组及其相关装置提供保护电源。在供电设备当中主要含有空压机励磁电源、空压机LCI电源；增压机、压氮，低压氮软启动电源；空压机，增压机，油泵电气电源等。在制氧机的使用过程中，UPS电源所提供的电力都需要是安全可靠的，所以需要保证UPS电源具有一定的安全性及稳定性；而且在制氧机停止使用之后，后备液氧泵、液氩泵等都必须保证运行稳定，所以紧急停车柜、开关量输入柜等电源都需要是可靠的，同时也需要保证UPS电源的安全性。如果UPS电源出现停电的情况，就必定会导致制氧机的停止运行。制氧机的配电电源，一般情况下为UP电源，其中主要有小型主机柜、电池柜、配电柜等，并装设在配电室当中。这种UPS电源在设计中主要有以下几方面的不足。
1.电气控制系统中只有单个UPS电源，未设置备用UPS电源，稳定性不佳，无法适应空压机励磁等设备对于稳定供电的要求。如果UPS电源出现停电的情况，必须会导致制氧机的停止运行，并且导致氧、氮等泵机的停机。
2.当主机柜风机出现坏损时，因为UPS电源不能停止运行，从而造成主机出现异常的升温，从而对UPS电源稳定运行产生极大的影响。
3.电池组存在着诸多隐形的故障点，在使用时已经投产了很多年；并且长时间的UPS电源运行，导致其电池组充电不足，从而加快了电池组的老化。
4.UPS电源被安装在配电室当中，由于室内空间有限，因而通风效果极差，室内温度高，严重影响UPS电源的使用。
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图1冷冻机主电机控制回路图
（二）改造方案
通过双机冗余专用UPS电源，也就保留原有UPS的电源基础之上，在电源室中加装一套专用UPS电源。从而让两套UPS电源构建成了双机冗余UPS电源，在正常使用过程中主要以新增直流电力UPS电源为主，值班室UPS电源为后备电源[2]。
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图2 改进后的冷冻机主电机控制回路图
五、直流系统改造
（一）问题及分析
在制氧机的配电系统当中只有一套直流系统，因为在制氧机停止运行之后依然要保证氧、氮等液体泵的运行，所以直流系统在一般正常下是不可以停止运行的，在发生故障的情况下不能进行有效地处理，并且大容量电池回路使用的是熔断器分断，插取不仅不方便也不安全，电池组无法得到及时保养，对直流系统稳定性有着重大的影响。
（二）改造方案
1.增设电池启动装置。从而保证电池保养的快捷性，加装专用隔离启动设备。
2.加装SD-BC220应急充电机，能够在主充电机出现问题的状况下，与直流母线直接连接，从而为主装置进行供电，继而保障了直流电池系统的应急维护及充电。在应急充电机中主要使用了三相无线输入、峰值电流控制等技术，设计有均充及浮充电压，电压、电流的数字显示，通过恒压限流方式进行充电，充电所使用的电流可在0~30A之间按需要进行进行调节。
3.设置小型电源箱。为后期的维护提供方便，其主要是将电池的开关隔离、应急充电机放置在其中。
六、结语
在进行改造工作之后，该公司的分空设备冷冻机的控电源回路与风扇电源实现了有效的隔离，从而保证冷冻机与风扇之间的电源回路不会再出现互相之间产生干扰的情况，继而放置风扇烧损等情况所导致的冷冻机回路停电、停运等问题；UPS电源使用UPS双冗余电力供应方式，主要增设UPS电源，一个主用一个备用，在一个电源出现故障的情况下自动进行切换，从而加强了空压机等设备的电力稳定性。
参考文献：
[1]郭娜，空分装置运行常见问题及应对措施，设备管理，2017（10）：193.
[2]刘宏建，高恒.空分装置技术改造[J].河南化工，2012（17）：46-47.
论文作者:陈扬帆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
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