新型變頻器在煉油化工裝置中的應用介紹（上）

　　2013年化工工程師考試網(wǎng)絡輔導招生簡章

　　新型變頻器在煉油化工裝置上的應用介紹(上)

　　1 .概述

　　在工業(yè)企業(yè)中，電機是應用面最廣和數(shù)量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(zhuǎn)速運行，這已愈來愈不能適應生產(chǎn)工藝對于自動化的要求。同時，其運行在低功率因數(shù)和低效率的工況下，對電能是極大浪費。

　　由于石化行業(yè)的日益激烈的市場競爭，對我廠石油化工產(chǎn)品的型號、質(zhì)量、數(shù)量等提出了新的要求。為了滿足這些工藝上要求， 在原驅(qū)動電機上，增加變頻器系統(tǒng)。這樣既可平滑改變物料的輸送量，滿足了生產(chǎn)工藝的要求，又達到了節(jié)能的效果。

　　在我廠常一線、常二中采用的變頻器系統(tǒng)，既是動力源又是改變工藝參數(shù)的執(zhí)行機構(gòu)，它取代了原有的執(zhí)行機構(gòu)--調(diào)節(jié)閥，使得介質(zhì)傳輸工藝過程控制發(fā)生了變革。

　　2 .變頻器調(diào)速運行時的節(jié)能原理

　　在實際的生產(chǎn)過程中，各類泵的負荷選擇都大于生產(chǎn)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，如果所用的電機不能調(diào)速，通常只能通過調(diào)節(jié)閥門來控制流量，其結(jié)果在閥門上會造成很大的能量損耗。如果不用閥門調(diào)節(jié)，而是讓電機調(diào)速運行，那么，當需要的流量減小時，電機的轉(zhuǎn)速降低，消耗的能量會明顯減小。

　　H(n1)，H(n2)表示調(diào)速時的Q=f(H)曲線，R1、 R2表示閥門調(diào)節(jié)時的管路阻力曲線。閥門控制時，由于要減少流量，關小閥門，使閥門的摩擦阻力變大，Q2 →Q1， A→B，HA→HB閥門控制時功率消耗P1由0HBBQ1表示。當調(diào)速控制時，Q2→Q1，A→C，HA→HC調(diào)速控制時功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1>P2則表示調(diào)速時功率消耗小于閥門節(jié)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(jié)約的電能。

　　對于泵負載，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(zhuǎn)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(zhuǎn)速成3 次方的關系下降。如果不用關小閥門的方法，而是把電機的轉(zhuǎn)速降下來，那么隨著泵的輸出壓力的降低，在輸送同樣流量的情況下，原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制調(diào)節(jié)。流量小時，靠關小閥門調(diào)節(jié)，增加了泵管壓差，使部分能量白白消耗在出口閥門上。使用變頻器后，可以降低泵的轉(zhuǎn)速，泵揚程也相應降低，電動機輸出功率也降低了，從而消除了原來消耗在泵出口閥上的管壓差。

　　3 .變頻器系統(tǒng)的控制方案

　　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(zhuǎn)速2982轉(zhuǎn)/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(zhuǎn)速2982rpm，轉(zhuǎn)速不可調(diào)。為保持流量穩(wěn)定，采用控制出口閥門的方法進行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調(diào)節(jié)器，再由PID調(diào)節(jié)器輸出4-20mA控制信號，控制出口調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)實際運行中，存在以下問題：

　　(1) 節(jié)流量較大，泵出口閥的節(jié)流量已接近泵額定流量的一半，浪費大量的電能。

　　(2) 控制精度低，出口流量波動較大(約3%)。

　　(3) 電機工作在額定轉(zhuǎn)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(jù)系統(tǒng)的上述工藝要求，我們對變頻器系統(tǒng)進行設計時，遵循了以下原則：

　　a、 保持出口流量穩(wěn)定;

　　b、 出口流量的控制精度0.5% ;

　　c、電動機的轉(zhuǎn)速范圍應在 0~2982轉(zhuǎn)/分;

　　d、根據(jù)泵的工作特性，系統(tǒng)設計應按恒轉(zhuǎn)距原則進行;

　　e、節(jié)能降耗;

　　f、系統(tǒng)設計采用工頻和變頻雙切換，保證的生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性，可以互為備用;

　　g、采用兩路DCS輸出接點，一路控制原調(diào)節(jié)閥，一路控制變頻器，在變頻器故障狀態(tài)時，DCS能自動識別變頻故障信號，然后切換到調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量。而當變頻器處于正常運行狀態(tài)時，調(diào)節(jié)閥處于全開位置;

　　遵照上述原則，經(jīng)過調(diào)研、比較，我們選擇了日本東芝A5P變頻器。該變頻器具有技術(shù)先進、功能齊全、結(jié)構(gòu)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/減速控制電路;A/D：模數(shù)變換;V/F：壓頻變換;BD：基極驅(qū)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。

　　變頻器的控制電路：頻率給定FRH(即速度給定)經(jīng)過ACC和DED加減速控制電路，變成頻率和電壓基準信號，分別經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換電路和V/F函數(shù)發(fā)生器電路，再進入CPU內(nèi)，形成SPWM脈沖，成為IGBT的控制信號，驅(qū)動IGBT，從而使電壓恒定、頻率恒定的交流電，經(jīng)過變頻器后，變成了電壓和頻率可調(diào)的交流電。A5P變頻器整個控制系統(tǒng)采用微機進行采樣、計算、實時控制、事故報警和顯示。

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