变频调速技术在生产高吸水性树脂（SAP）中的运用

0 引言

高吸水性树脂(super absorbent polymer，简称SAP)是我国近年来发展迅猛的功能型吸水材料，用途十分广泛：

1)民用方面尿垫、卫生巾;

2)军用及通讯方面光缆、电缆、阻水油膏;

3)农用方面农林园艺、沙漠绿化;

4)另外还有医药、医疗、石油、化工、环保、生化、食品等领域。

SAP产业是一种朝阳产业，但国内很多应用SAP的企业一直都依赖国外进口。这是因为SAP在生产过程中，调配料的比例问题很难精确控制;

另外，物料在搅拌的过程中，对搅拌速度控制的快与慢也严重影响着产品的各项性能指标，所以如何控制电机的速度显得尤为关键，而使用变频调速可以很好地解决上述问题。目前，浙江威龙高分子材料有限公司近几年致力于该产品的研发。

1 变频器在高吸水树脂(SAP)生产过程中的应用分析

1.1 SAP生产过程应用变频器的必要性

在高吸水树脂生产过程中，很多参数如流量、压力、液面等随实时情况不断发生变化，90%左右的电力消耗在交流电机上，电力消耗非常大。在SAP 的生产过程中泵类与风机类负载占大多数，其负载特性如图1 所示[1] [2]，其中n 表示电机转速，TL 表示负载转矩。

这类负载节能潜力大。采用变频器进行控制，具有安装方便、控制灵活的特点，可平滑、大范围地改变电机的速度从而实现无级变速。另外变频器还具有极强的保护功能，可以适用在有腐蚀、爆炸等危险的化工环境中。

高吸水树脂生产线主要由反应釜、改性剂配料泵以及输送泵、旋转式烘箱、粉碎机等组成。在高吸水树脂的生产流程中，对配料的控制，改性剂的剂量泵控制，反应釜的搅拌速度控制，粉碎机刀片的摆动速度控制等都是工艺流程中重要的环

节。这些环节控制的精确度、灵活性将对产品的产量、质量起着关键的作用。威龙公司在最初的生产过程中，对反应釜的搅拌速度、改性剂量泵的控制采用的是有级调速控制，这种调速方式具有抗干扰能力差、能耗大、发热高、机械特性差、速度调节范围小以及控制环节多、可靠性差、节能效果差等缺点。最近几年来，随着电力电子技术、微机技术、集成电路技术的发展，变频调速系统逐渐由模拟控制转向数字控制，在抗干扰能力、节能、调速范围、调节精度、动态响应等方面，越来越显示出其他交流调速方法所不可比拟的优越性。所以利用变频器对SAP生产流程进行控制是最理想的手段之一，尤其是对于大规模的生产，采用变频器控制生产流程尤其适用[3]。

1.2 选择变频器的依据[3]

在生产过程中，电机调速传动有两个方面，一类是工艺调速传动，也就是根据工艺要求进行调速的传动，如在化工、炼油工艺流程中控制物料流量的场合等;另一类就是节能调速传动，就是有泵类、风机类的场合，采用调速装置来调节流量、压力等可取得显著的节能效果。

在SAP的生产工艺流程中，其生产设备包括很多混合搅拌机，改性剂泵、风机等，它们的特点是数量多，容量大、耗能厉害，变频调速能很好地满足这些电气传动设备的调速要求，为企业在降低电耗，节约能源，提高产品的竞争力提供有力的支撑。然而在实际生产当中，由于变频调速装置故障引起的停工、维护损失，要远远超过变频调速本身价值。因此，选择变频器时依据两个原则：

1)根据实际的负载选择变频装置;

2)充分考虑经济性、可靠性。

1.3 变频器容量选择[4]

合理选择变频器的容量，对减小投资，节约电费是必要的。选择变频器的容量可根据经验公式

P=KPN (1)

式中：P为变频器容量;

K 为惯性系数，惯性很小的负载取1.1~1.5，惯性很大的负载取1.5~2.0;

PN为拖动电动机的功率。

1.4 变频器使用注意事项[5]

变频器的安装环境应干燥、无腐蚀性气体，无机械震动和电气干扰，防止金属碎屑、水滴等落入变频器内，并避免阳光直射;变频器本身没有散热装置，而其内部有较多的发热元件，所以必须采取必要的措施使它散热，如增加散热孔洞，安装电风扇;变频器在使用时必须根据不同的负载情况对其功能和参数进行设定，否则会造成其输出值与实际情况不匹配，而不能正常使用;使用变频器必须满足工艺要求，另外对有些负载过大而变化不大的设备不宜采用;多数变频器的控制电路均采用微处理器，控制信号为弱电型，为防止外部干扰影响变频器正常使用，在使用时候应按控制信号分类配设，对于开关信号可用一般控制电缆，对弱

电模拟信号(测量信号、速度控制信号等)宜采用屏蔽控制电缆。并要求动力和控制电缆分槽配线。

2 应用效果分析

2006 年，浙江威龙高分子材料有限公司对生产SAP 过程中的风机水泵、搅拌电机采用交流变频技术改造后，节能效果十分明显，每台风机类负载节能可达到20%以上，而每台泵类负载可达到30%以上。

另外在生产过程中要对半成品进行冷却，所以设置有循环水管，还有公司相关的消防水管网等一些公用设施会由于管道压力过大而造成损坏，由此带来一些负面影响：压力过低;浪费水和电。以前公司采用的是频繁起、停水泵的方式来进

行调节，这种方式既不经济可靠性也差，自从采用交流变频调速技术实现恒水压供水后，能有效防止系统管道超水压而带来的设备损坏，从而减少了维修费用，同时也降低了能耗。

随着公司的不断发展，不同的客户对产品提出不同的要求，小孩尿裤以及成人失禁尿垫生产商要求产品的目数在30 至40 目之间，卫生巾生产商需要40 至120 目之间，而光缆厂家则要求150 目以上。为了适应不同的客户，迫切需要对生

产装置进行技术改造，但却碰到了问题，如在对装置的容量扩大时遇到如下情况：为了提高生产效率，使得成品的“目数”能在一个较大的范围内变化，从而需要调节传动设备的转速在一个大的范围内变化。公司以前常采用两种方法：其一是更换电机;其二是更换齿轮变速箱，这样直接导致设备浪费严重，同时造成工作量大，施工时间长。为此从经济节能和技术可行两个方面来考虑对电机采

用变频器进行适当变速，经过反复论证选用合适的变频调速装置后，可以减少设备的投资。

公司为了大幅提升生产效率，针对性地研究了特种切割机，该切割机的主要参数如表1 所列。

主驱动电动机是三相鼠笼型异步电动机，其容量足够大，如果采用更换齿轮变速箱不但需要28.5 万元，而且施工时间需要三个多月，造成停车停工，为此经过对设备数据的采集，对相关参数的分析测算，选用了ABB 公司的ACS510 变频器，同时配置了ABB 公司的输出电抗器以抑制切割机在非正常制动时的波动现象。为进一步实现复杂工艺的要求，公司还采用了三菱公司的FXON—24MR型PLC，这样总共投资 11万元。所有装置从安装、施工到调试仅历时一周。这组装置自投运以来，性能稳定、运行可靠、节能节电完全达到预期的效果。

3 结语

随着电力电子器件的不断发展，变频器的很多性能指标也日益完善，在调速方面以及在节能上将表现的更加卓越。由于它的运用提高了机械设备的调速性能，加强了化工机械设备在生产线上的稳定性，可以预言它将逐步成为企业调整控制设备的理想选择。