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新型變頻器在煉油化工裝配上的利用

2019-11-15 13:09   评论:10 点击:358
1 概述

在產業企業中,電機是利用麵最廣和數目最多的電氣設備之一。目前,大量交流電機均工作在固定的轉速運行,這已愈來愈不能適應生產工藝對於主動化的要求。同時 ,其運行在低功率因數和低效率的工況下,對電能是極大浪費 。

由於石化行業的日益激烈的市場競爭,對我廠石油化工產品的型號、質量、數目等提出了新的要求。為了滿足這些工藝上要求, 在原驅動電機上,增加變頻器係統。如許既可平滑改變物料的輸送量,滿足了生產工藝的要求 ,又達到了節能的效果。

在我廠常一線、常二中采用的變頻器係統,既是動力源又是改變工藝參數的履行機構,它取代了原本的履行機構--調節閥,使得介質傳輸工藝過程控製發生了變革。

2 變頻器調速運行時的節能道理

在實際的生產過程中,各類泵的負荷選擇都大於生產實際需要的流量,而在實際運行中,所需的流量往往比設計的流量小很多 ,假如所用的電機不能調速,通常隻能通過調節閥門來控製流量,其結果在閥門上會造成很大的能量損耗。假如不用閥門調節,而是讓電機調速運行,那麽,當需要的流量減小時,電機的轉速降低,消耗的能量會明顯減小。

H(n1),H(n2)表示調速時的Q=f(H)曲線,R1、 R2表示閥門調節時的管路阻力曲線。閥門控製時,由於要減少流量,關小閥門,使閥門的摩擦阻力變大,Q2 →Q1, A→B,HA→HB閥門控製時功率消耗P1由0HBBQ1表示。當調速控製時,Q2→Q1,A→C,HA→HC調速控製時功率消耗P2由0HCCQ1表示,若P1>P2則表示調速時功率消耗小於閥門節流時的功率消耗。

P=rQH 泵的軸功率

Q 流量 H 揚程 r 液體重度

在B點和C點運行時 PB-PC=Q1(HB-HC)r 這部分就是所節約的電能。

對於泵負載,有如下表達式:

Q1/Q2 = n1/n2

H1/H2 = (n1/n2)2

P1/p2 = (n1/n2)3

由上式可知,當轉速下降1/2時,流量下降1/2,壓力下降1/4,功率下降1/8, 即功率與轉速成3 次方的關係下降。假如不用關小閥門的方法,而是把電機的轉速降下來,那麽隨著泵的輸出壓力的降低,在輸送同樣流量的情況下 ,本來消耗在閥門上的功率就可完全避免。在不裝變頻器時,泵的出口流量靠出口閥控製調節。流量小時,靠關小閥門調節,增加了泵管壓差,使部分能量白白消耗在出口閥門上。使用變頻器後,可以降低泵的轉速 ,泵揚程也相應降低,電動機輸出功率也降低了,從而消除了本來消耗在泵出口閥上的管壓差。

3 變頻器係統的控製方案

我廠的常一線泵B109和常二中泵B114的電動機功率分別為75kW和55kW,轉速2982轉/分,額定電壓380V,額定電流分別為132A和103A,額定出口流量分別為28.520M3/h和20M3/h。

在正常工作負荷情況下,電機工作在額定轉速2982rpm,轉速不可調。為保持流量穩定,采用控製出口閥門的方法進行控製,即差壓變送器檢測流量信號送至PID調節器 ,再由PID調節器輸出4-20mA控製信號,控製出口調節閥的開度,從而控製出口流量 ,保持流量穩定。原係統實際運行中,存在以下題目 :(1) 節流量較大,泵出口閥的節流量已接近泵額定流量的一半,浪費大量的電能。

(2) 控製精度低,出口流量波動較大(約3%)。

(3) 電機工作在額定轉速,出力不變消耗電能 。

(4) 電機噪音較大 ,泵和管線閥門壓力較大,易造成泄漏 。

根據係統的上述工藝要求,我們對變頻器係統進行設計時,遵守了以下原則:

a 、 保持出口流量穩定;

b、 出口流量的控製精度0.5% ;

c、電動機的轉速範圍應在 0~2982轉/分;

d、根據泵的工作特性,係統設計應按恒轉距原則進行;

e、節能降耗;

f、係統設計采用工頻和變頻雙切換,保證的生產的連續性和可靠性,可以互為備用;

g、采用兩路DCS輸出接點,一路控製原調節閥,一路控製變頻器,在變頻器故障狀況時,DCS能主動識別變頻故障信號,然後切換到調節閥調節流量。而當變頻器處於正常運行狀況時,調節閥處於全開位置;

遵循上述原則,經過調研、比較,我們選擇了日本東芝A5P變頻器。該變頻用具有技術先進、功能齊全、結構緊湊、可靠性高等特點,專為泵和風機類負載設計。

FRH:頻率設定;ACC/DEC:加/減速控製電路;A/D:模數變換;V/F:壓頻變換;BD:基極驅動電路;CPU:微處理器;LED:顯示電路。

變頻器的主電路為典型的“交—直—交”SPWM電壓型主電路。

變頻器的控製電路:頻率給定FRH(即速度給定)經過ACC和DED加減速控製電路,變成頻率和電壓基準信號,分別經過A/D轉換電路和V/F函數發生器電路 ,再進進CPU內,形成SPWM脈衝,成為IGBT的控製信號,驅動IGBT ,從而使電壓恒定 、頻率恒定的交流電,經過變頻器後 ,變成了電壓和頻率可調的交流電。A5P變頻器全部控製係統采用微機進行采樣、計算、實時控製 、事故報警和顯示。

4 變頻器係統的運行情況

1997年7月 ,我廠在常一線泵和常二中泵電機上安裝東芝A5P變頻器後,運行情況與工頻比較,如下所示:

(1) 電機運行參數和節能情況的比較

節電功率=((39.16×0.82×380)-(16.3×0.9×168))×1.73=16846(W)

節電率=((39.16×0.82×380)-(16.3×0.9×158))/(39.16×0.82×380)=79%

節電功率=((44.6×0.8×380)-(20×0.9×121))×1.73=19688 (W)

節電率=((44.6×0.8×380)-(20×0.9×121))/(44.6×0.8×380)=83%

從比較表可以看出,使用變頻器後既可滿足生產需要,又可大量節能。 (2) 控製精度的比較

在相同的工藝條件下,采用工頻和變頻運行時,繪出泵的出口流量波動曲線。泵采用變頻調速後,流量控製精度非常高,記錄儀記錄的曲線為一條非常平穩的記錄線。

5 利用效果及經濟效益分析

變頻器投進運行以來,運行可靠,主動化程度高,節能效果明顯,取得了良好的經濟效益。

(1) 工藝控製平穩:由於變頻器的高精度調節 ,調節信號有高速傳遞性,減少了之前儀表控製帶來的滯後現象,從而使係統控製精度進步,壓力穩定,產品質量得到了進步。

(2) 節能效果明顯 :按年8000小時計算,泵114/1年節約電量:節電率×電動機工頻功率×工作時間=79%×21.11千瓦×8000小時 =133415千瓦時 泵109/2年節約電量:節電率×電動機工頻功率×工作時間=83%×23.45千瓦×8000小時 =155708千瓦時 泵114/1和泵109/2共節約電費:節電量×電價=289123×0.50=144561元 變頻器改造用度為15萬元,所以隻需1年擺布 ,就可收回投資。

(3) 維護量減少:由於出口閥全開,電動機降速運行,使得管網壓力下降,減少了工藝設備的泄漏,降低了機泵磨損,降低了電機的溫升,設備維護周期延長 。由於變頻器代替了調節閥 ,解決了由於調節閥故障高給生產帶來的影響 ,使儀表的維護量減少。

(4) 係統實現了軟起動:由於變頻用具有軟起動功能,減小了對電網的衝擊。

6 變頻器利用時應重視的題目

(1) 用變頻器時一定要滿足工藝的要求,在某種特定環境下,老裝配的機泵因揚程、流量所限製,變頻器不一定適用 ,且非變工況運行的機泵也不宜采用 。不能千篇一律照搬,而應從工藝條件、機泵本身的參數出發而定。

(2) 變頻器調速時,需要電氣、儀表 、工藝、設備各專業職員密切配合,以保證變頻器安全運行。工程技術職員在安裝投用前要對有關專業職員進行培訓 。

(3) 大多數生產裝配的儀表控製閥大多采用風關閥 。采用變頻器後,風關改為風開調節,需要重視,以避免造成事故

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