變頻調(diào)速技術(shù)在生產(chǎn)高吸水性樹脂（SAP）中的運用

0 引言

高吸水性樹脂(super absorbent polymer，簡稱SAP)是我國近年來發(fā)展迅猛的功能型吸水材料，用途十分廣泛：

1)民用方面尿墊、衛(wèi)生巾;

2)軍用及通訊方面光纜、電纜、阻水油膏;

3)農(nóng)用方面農(nóng)林園藝、沙漠綠化;

4)另外還有醫(yī)藥、醫(yī)療、石油、化工、環(huán)保、生化、食品等領域。

SAP產(chǎn)業(yè)是一種朝陽產(chǎn)業(yè)，但國內(nèi)很多應用SAP的企業(yè)一直都依賴國外進口。這是因為SAP在生產(chǎn)過程中，調(diào)配料的比例問題很難精確控制;

另外，物料在攪拌的過程中，對攪拌速度控制的快與慢也嚴重影響著產(chǎn)品的各項性能指標，所以如何控制電機的速度顯得尤為關(guān)鍵，而使用變頻調(diào)速可以很好地解決上述問題。目前，浙江威龍高分子材料有限公司近幾年致力于該產(chǎn)品的研發(fā)。

1 變頻器在高吸水樹脂(SAP)生產(chǎn)過程中的應用分析

1.1 SAP生產(chǎn)過程應用變頻器的必要性

在高吸水樹脂生產(chǎn)過程中，很多參數(shù)如流量、壓力、液面等隨實時情況不斷發(fā)生變化，90%左右的電力消耗在交流電機上，電力消耗非常大。在SAP 的生產(chǎn)過程中泵類與風機類負載占大多數(shù)，其負載特性如圖1 所示[1] [2]，其中n 表示電機轉(zhuǎn)速，TL 表示負載轉(zhuǎn)矩。

這類負載節(jié)能潛力大。采用變頻器進行控制，具有安裝方便、控制靈活的特點，可平滑、大范圍地改變電機的速度從而實現(xiàn)無級變速。另外變頻器還具有極強的保護功能，可以適用在有腐蝕、爆炸等危險的化工環(huán)境中。

高吸水樹脂生產(chǎn)線主要由反應釜、改性劑配料泵以及輸送泵、旋轉(zhuǎn)式烘箱、粉碎機等組成。在高吸水樹脂的生產(chǎn)流程中，對配料的控制，改性劑的劑量泵控制，反應釜的攪拌速度控制，粉碎機刀片的擺動速度控制等都是工藝流程中重要的環(huán)

節(jié)。這些環(huán)節(jié)控制的精確度、靈活性將對產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量起著關(guān)鍵的作用。威龍公司在最初的生產(chǎn)過程中，對反應釜的攪拌速度、改性劑量泵的控制采用的是有級調(diào)速控制，這種調(diào)速方式具有抗干擾能力差、能耗大、發(fā)熱高、機械特性差、速度調(diào)節(jié)范圍小以及控制環(huán)節(jié)多、可靠性差、節(jié)能效果差等缺點。最近幾年來，隨著電力電子技術(shù)、微機技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速系統(tǒng)逐漸由模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制，在抗干擾能力、節(jié)能、調(diào)速范圍、調(diào)節(jié)精度、動態(tài)響應等方面，越來越顯示出其他交流調(diào)速方法所不可比擬的優(yōu)越性。所以利用變頻器對SAP生產(chǎn)流程進行控制是最理想的手段之一，尤其是對于大規(guī)模的生產(chǎn)，采用變頻器控制生產(chǎn)流程尤其適用[3]。

1.2 選擇變頻器的依據(jù)[3]

在生產(chǎn)過程中，電機調(diào)速傳動有兩個方面，一類是工藝調(diào)速傳動，也就是根據(jù)工藝要求進行調(diào)速的傳動，如在化工、煉油工藝流程中控制物料流量的場合等;另一類就是節(jié)能調(diào)速傳動，就是有泵類、風機類的場合，采用調(diào)速裝置來調(diào)節(jié)流量、壓力等可取得顯著的節(jié)能效果。

在SAP的生產(chǎn)工藝流程中，其生產(chǎn)設備包括很多混合攪拌機，改性劑泵、風機等，它們的特點是數(shù)量多，容量大、耗能厲害，變頻調(diào)速能很好地滿足這些電氣傳動設備的調(diào)速要求，為企業(yè)在降低電耗，節(jié)約能源，提高產(chǎn)品的競爭力提供有力的支撐。然而在實際生產(chǎn)當中，由于變頻調(diào)速裝置故障引起的停工、維護損失，要遠遠超過變頻調(diào)速本身價值。因此，選擇變頻器時依據(jù)兩個原則：

1)根據(jù)實際的負載選擇變頻裝置;

2)充分考慮經(jīng)濟性、可靠性。

1.3 變頻器容量選擇[4]

合理選擇變頻器的容量，對減小投資，節(jié)約電費是必要的。選擇變頻器的容量可根據(jù)經(jīng)驗公式

P=KPN (1)

式中：P為變頻器容量;

K 為慣性系數(shù)，慣性很小的負載取1.1~1.5，慣性很大的負載取1.5~2.0;

PN為拖動電動機的功率。

1.4 變頻器使用注意事項[5]

變頻器的安裝環(huán)境應干燥、無腐蝕性氣體，無機械震動和電氣干擾，防止金屬碎屑、水滴等落入變頻器內(nèi)，并避免陽光直射;變頻器本身沒有散熱裝置，而其內(nèi)部有較多的發(fā)熱元件，所以必須采取必要的措施使它散熱，如增加散熱孔洞，安裝電風扇;變頻器在使用時必須根據(jù)不同的負載情況對其功能和參數(shù)進行設定，否則會造成其輸出值與實際情況不匹配，而不能正常使用;使用變頻器必須滿足工藝要求，另外對有些負載過大而變化不大的設備不宜采用;多數(shù)變頻器的控制電路均采用微處理器，控制信號為弱電型，為防止外部干擾影響變頻器正常使用，在使用時候應按控制信號分類配設，對于開關(guān)信號可用一般控制電纜，對弱

電模擬信號(測量信號、速度控制信號等)宜采用屏蔽控制電纜。并要求動力和控制電纜分槽配線。

2 應用效果分析

2006 年，浙江威龍高分子材料有限公司對生產(chǎn)SAP 過程中的風機水泵、攪拌電機采用交流變頻技術(shù)改造后，節(jié)能效果十分明顯，每臺風機類負載節(jié)能可達到20%以上，而每臺泵類負載可達到30%以上。

另外在生產(chǎn)過程中要對半成品進行冷卻，所以設置有循環(huán)水管，還有公司相關(guān)的消防水管網(wǎng)等一些公用設施會由于管道壓力過大而造成損壞，由此帶來一些負面影響：壓力過低;浪費水和電。以前公司采用的是頻繁起、停水泵的方式來進

行調(diào)節(jié)，這種方式既不經(jīng)濟可靠性也差，自從采用交流變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)恒水壓供水后，能有效防止系統(tǒng)管道超水壓而帶來的設備損壞，從而減少了維修費用，同時也降低了能耗。

隨著公司的不斷發(fā)展，不同的客戶對產(chǎn)品提出不同的要求，小孩尿褲以及成人失禁尿墊生產(chǎn)商要求產(chǎn)品的目數(shù)在30 至40 目之間，衛(wèi)生巾生產(chǎn)商需要40 至120 目之間，而光纜廠家則要求150 目以上。為了適應不同的客戶，迫切需要對生

產(chǎn)裝置進行技術(shù)改造，但卻碰到了問題，如在對裝置的容量擴大時遇到如下情況：為了提高生產(chǎn)效率，使得成品的“目數(shù)”能在一個較大的范圍內(nèi)變化，從而需要調(diào)節(jié)傳動設備的轉(zhuǎn)速在一個大的范圍內(nèi)變化。公司以前常采用兩種方法：其一是更換電機;其二是更換齒輪變速箱，這樣直接導致設備浪費嚴重，同時造成工作量大，施工時間長。為此從經(jīng)濟節(jié)能和技術(shù)可行兩個方面來考慮對電機采

用變頻器進行適當變速，經(jīng)過反復論證選用合適的變頻調(diào)速裝置后，可以減少設備的投資。

公司為了大幅提升生產(chǎn)效率，針對性地研究了特種切割機，該切割機的主要參數(shù)如表1 所列。

主驅(qū)動電動機是三相鼠籠型異步電動機，其容量足夠大，如果采用更換齒輪變速箱不但需要28.5 萬元，而且施工時間需要三個多月，造成停車停工，為此經(jīng)過對設備數(shù)據(jù)的采集，對相關(guān)參數(shù)的分析測算，選用了ABB 公司的ACS510 變頻器，同時配置了ABB 公司的輸出電抗器以抑制切割機在非正常制動時的波動現(xiàn)象。為進一步實現(xiàn)復雜工藝的要求，公司還采用了三菱公司的FXON—24MR型PLC，這樣總共投資 11萬元。所有裝置從安裝、施工到調(diào)試僅歷時一周。這組裝置自投運以來，性能穩(wěn)定、運行可靠、節(jié)能節(jié)電完全達到預期的效果。

3 結(jié)語

隨著電力電子器件的不斷發(fā)展，變頻器的很多性能指標也日益完善，在調(diào)速方面以及在節(jié)能上將表現(xiàn)的更加卓越。由于它的運用提高了機械設備的調(diào)速性能，加強了化工機械設備在生產(chǎn)線上的穩(wěn)定性，可以預言它將逐步成為企業(yè)調(diào)整控制設備的理想選擇。