變頻調速技術在生產高吸水性樹脂（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、衛生巾;

2)軍用及通訊方面光纜、電纜、阻水油膏;

3)農用方面農林園藝、沙漠綠化;

4)另外還有醫藥、醫療、石油、化工、環保、生化、食品等領域。

SAP產業是一種朝陽產業，但國內很多應用SAP的企業一直都依賴國外進口。這是因為SAP在生產過程中，調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品的各項性能指標，所以如何控制電機的速度顯得尤為關鍵，而使用變頻調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品的研發。

1 變頻器在高吸水樹脂(SAP)生產過程中的應用分析

1.1 SAP生產過程應用變頻器的必要性

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

這類負載節能潛力大。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境中。

高吸水樹脂生產線主要由反應釜、改性劑配料泵以及輸送泵、旋轉式烘箱、粉碎機等組成。在高吸水樹脂的生產流程中，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

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

1.2 選擇變頻器的依據[3]

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

在SAP的生產工藝流程中，其生產設備包括很多混合攪拌機，改性劑泵、風機等，它們的特點是數量多，容量大、耗能厲害，變頻調速能很好地滿足這些電氣傳動設備的調速要求，為企業在降低電耗，節約能源，提高產品的競爭力提供有力的支撐。然而在實際生產當中，由于變頻調速裝置故障引起的停工、維護損失，要遠遠超過變頻調速本身價值。因此，選擇變頻器時依據兩個原則：

1)根據實際的負載選擇變頻裝置;

2)充分考慮經濟性、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，節約電費是必要的。選擇變頻器的容量可根據經驗公式

P=KPN (1)

式中：P為變頻器容量;

K 為慣性系數，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，并避免陽光直射;變頻器本身沒有散熱裝置，而其內部有較多的發熱元件，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不同的負載情況對其功能和參數進行設定，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SAP 過程中的風機水泵、攪拌電機采用交流變頻技術改造后，節能效果十分明顯，每臺風機類負載節能可達到20%以上，而每臺泵類負載可達到30%以上。

另外在生產過程中要對半成品進行冷卻，所以設置有循環水管，還有公司相關的消防水管網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

行調節，這種方式既不經濟可靠性也差，自從采用交流變頻調速技術實現恒水壓供水后，能有效防止系統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。

隨著公司的不斷發展，不同的客戶對產品提出不同的要求，小孩尿褲以及成人失禁尿墊生產商要求產品的目數在30 至40 目之間，衛生巾生產商需要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

產裝置進行技術改造，但卻碰到了問題，如在對裝置的容量擴大時遇到如下情況：為了提高生產效率，使得成品的“目數”能在一個較大的范圍內變化，從而需要調節傳動設備的轉速在一個大的范圍內變化。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。為此從經濟節能和技術可行兩個方面來考慮對電機采

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

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

主驅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，為此經過對設備數據的采集，對相關參數的分析測算，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象。為進一步實現復雜工藝的要求，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、施工到調試僅歷時一周。這組裝置自投運以來，性能穩定、運行可靠、節能節電完全達到預期的效果。

3 結語

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