變頻調(diào)速技術(shù)在石化生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用
發(fā)布時間：2019-08-02 10:21:44來源：
變頻調(diào)速技術(shù)在石化生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用
一、概述 變頻調(diào)速技術(shù)是一項節(jié)能“四新”（新工藝?新技術(shù)?新設(shè)備?新材料）技術(shù)。石化生產(chǎn)企業(yè)特別是煉油裝置上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)非常普遍，在常減壓、催化?加氫裂化?氣分烷基化?重整加氫?延遲焦化?油品?供水等許多套裝置的機(jī)泵上安裝變頻器后，經(jīng)濟(jì)效益極好，其主要表現(xiàn)為節(jié)電率較高，平均一年左右即可收回投資；同時，還有改善生產(chǎn)工藝?有利產(chǎn)品質(zhì)量?降低機(jī)泵故障率及維修費用?減少工人勞動強(qiáng)度等綜合效益。
鑒于煉油廠現(xiàn)場機(jī)泵種類繁多，工藝流程不盡相同，因此，合理選擇使用變頻器的工位及控制目標(biāo)量，有針對性地設(shè)置變頻器運行參數(shù)，這直接影響到變頻器的穩(wěn)定運行及節(jié)能效益的大小。本文主要針對以上幾個問題進(jìn)行闡述。
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二、機(jī)泵變頻調(diào)速構(gòu)成原理 離心式油（水）泵及風(fēng)機(jī)
這類負(fù)載主要包括裝置中的離心式油（水）泵?加熱爐通風(fēng)機(jī)?空冷風(fēng)機(jī)等，與裝置的儀表系統(tǒng)配合實現(xiàn)閉環(huán)自動控制，如圖1。
裝置中介質(zhì)的流量?液面?溫度?壓力等工藝參數(shù)由變送器檢測送至調(diào)節(jié)器，經(jīng)PID控制運算，以DC4-20mA電信號送至變頻器，調(diào)節(jié)機(jī)泵轉(zhuǎn)速，從而控制工藝參數(shù)。若原系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥為風(fēng)關(guān)閥，則需增加信號倒相器，將DC4-20mA信號轉(zhuǎn)變?yōu)镈C20-4mA信號。
容積式機(jī)泵變頻調(diào)速構(gòu)成原理
這類負(fù)載包括羅茨鼓風(fēng)機(jī)和往復(fù)式氣壓機(jī)，原先是利用機(jī)泵出口氣體的旁路控制閥組實現(xiàn)氣體入口系統(tǒng)壓力的自控。采用變頻調(diào)速控制后，關(guān)閉氣體出口旁路閥組，直接控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)氣體負(fù)荷自動調(diào)節(jié)氣體輸送量，控制緩沖罐在一定安全壓力范圍，從而使氣體入口系統(tǒng)壓力參數(shù)恒定，如圖2。
其他生產(chǎn)機(jī)械變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
石化生產(chǎn)現(xiàn)場還有一些裝置，如焦化裝置橋式吊車等生產(chǎn)機(jī)械上也使用了許多變頻器，主要是為了改善工藝?提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時大幅降低設(shè)備故障損壞率，減輕工人勞動強(qiáng)度，降低檢修費用，有利于裝置的安全穩(wěn)定長期運行。
三、變頻調(diào)速應(yīng)用現(xiàn)場的選擇和控制
總的來說，煉油廠裝置中使用變頻器比較多的負(fù)載是離心式油（水）泵及風(fēng)機(jī)，但即使是同樣性質(zhì)的負(fù)載使用變頻器后節(jié)電效果有較大差異，例如受泵的出口控制回路數(shù)量影響；同樣的控制回路數(shù)量，因其工況及控制方式不同，加工負(fù)荷不同而產(chǎn)生不同的效果。現(xiàn)詳細(xì)分析如下：
離心泵 單回路閉環(huán)自動控制
單回路閉環(huán)自動控制變頻運行節(jié)電率高，其原因是：變頻運行時，介質(zhì)走控制閥組的副線閥，且副線閥可全開，泵出口閥全開。而以往不使用變頻器時，調(diào)節(jié)工藝參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是控制閥（控制閥相對副線閥縮徑一個檔次），其控制閥開啟又不大，阻力降損失大。如某廠加氫裂化裝置的航煤自控閥組（如圖3），航煤泵P308/B工頻運行時，控制閥開度約30%-50%，泵出口閥及出口管線為DN150，副線閥為DN100，控制閥為DN80。由此可見，該泵變頻運行避免了工頻運行時的節(jié)流壓頭損失，泵出口運行壓力下降約38%-69%，電機(jī)實際電流下降約35%-68%，頻率（轉(zhuǎn)速）也大幅下降（低至15.7-35Hz），節(jié)電率達(dá)42%-76%。
出口單回路閉環(huán)自動控制的離心泵，一般來說，在裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下仍有節(jié)電效果，原因是：工頻運行時，介質(zhì)走控制閥縮徑節(jié)流路線，變頻運行時介質(zhì)走公稱直徑高一個檔次的副線閥（全開）的路線，減少了壓頭損失。實際生產(chǎn)中測算，在一些裝置的加工量達(dá)到或接近設(shè)計負(fù)荷時，上述泵變頻運行節(jié)電率還有33%-55%。
單回路閉環(huán)控制離心泵變頻運行一般來說節(jié)電效果好，但也有個別因工況差異，節(jié)電率有所下降：一是控制閥后管路系統(tǒng)工藝要求的操作壓力較大，而離心泵工頻與變頻運行的泵出口壓力差不太大，則節(jié)電率有所降低。其次是變頻泵打出來的介質(zhì)不流經(jīng)控制閥組的副線閥，而仍走控制閥路線，則節(jié)電率低。這些在生產(chǎn)中值得注意。
泵出口多回路閉環(huán)控制
這里主要是打回流流控與出裝置液控二種組合成多回路的離心泵。按四種情況分述如下：
介質(zhì)打回流的流量遠(yuǎn)大于出裝置流量，控制閥組后二管路系統(tǒng)靜壓頭相當(dāng)，并且比較小，此狀況采用回流量作變頻調(diào)速控制參數(shù)，相當(dāng)于泵出口單回路控制工況，泵出口閥和副線閥可全開，變頻較工頻運行，泵出口壓力降低幅度大，運行電流小，節(jié)電率高。 介質(zhì)打回流的流量雖然大于液控出裝置流量，但液控出裝置回路壓力降大，而回流回路壓力降小，采用出裝置液控參數(shù)指揮變頻裝置，也能得到很好的節(jié)電效果。 泵出口是多回路閉環(huán)自動控制，但各并列回路的介質(zhì)流量均衡相等，管路系統(tǒng)的工藝操作壓力均等且較小。這時可取任一回路的反饋量控制變頻器，均衡控制各回路流量。 介質(zhì)打回流的流量小于液控出裝置流量，管路壓力降相比也較小，但為了保證工藝參數(shù)要求，只好采用回流量作為變頻器控制目標(biāo)量，由于打回流回路仍存在一定程度的人為節(jié)流（控制閥組的副線閥開度不大），壓力差小，因此電機(jī)運行頻率下降的不多，這種情況節(jié)電率偏低。 通風(fēng)機(jī)和空冷風(fēng)機(jī) 風(fēng)機(jī)類負(fù)載基本上沒有多回路控制的問題。通風(fēng)機(jī)使用變頻后入口蝶閥處于全開，根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)出口風(fēng)壓（或風(fēng)流量）；空冷風(fēng)機(jī)的輸出可隨著油氣冷卻負(fù)荷的變化（油氣流量及溫度高低）?氣溫的變化而隨時自動調(diào)節(jié)。這兩種負(fù)載都具有較好的節(jié)能效果。
四、變頻裝置現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置的注意問題
通用型變頻器在煉油廠一般負(fù)載上使用，其電氣參數(shù)的設(shè)置較為簡單，一般技術(shù)人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)后都能掌握。但在掌握一般性原則后還要注意負(fù)載的特殊性，據(jù)我們觀察，現(xiàn)場中許多變頻器的參數(shù)僅屬于“能夠運行”，而并非是比較佳，未經(jīng)優(yōu)化的參數(shù)甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)的效率下降，以下是幾個常見問題：
合理的加/減速時間
所謂“合理”，是針對一些錯誤的觀念而言。我們知道，根據(jù)所驅(qū)動負(fù)載性質(zhì)的不同，主要是負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量的大小，變頻器在啟動和停止電機(jī)時所需時間不同，過短的加減速時間會導(dǎo)致變頻器在加速過程中過電流、在減速過程中過電壓保護(hù)。
但這樣一來就很容易產(chǎn)生一個誤區(qū)：只要變頻器不跳閘保護(hù)，加減速時間越長越好。這種觀點在許多技術(shù)人員的概念中普遍存在，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)變頻器無論驅(qū)動什么負(fù)載，加減速時間都在兩分鐘以上甚至更長。這種觀念的問題在于僅僅片面地考慮了變頻器單機(jī)的運行，而忽略了整個系統(tǒng)的控制性能和效率。無論是改造還是新建項目，裝置中的變頻器頻率控制命令（DC4-20mA）一般由儀表系統(tǒng)或DCS系統(tǒng)給定，在沒有使用變頻器之前，這個信號是用來控制閥門開度的，由于閥門跟隨信號變化的動作很快，因此，為防止閉環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，儀表或DCS中PI調(diào)節(jié)器的比例增益P參數(shù)通常設(shè)置的較小，而積分時間I參數(shù)則相對較長。這時如果加減速時間過長，那么變頻器輸出長時間才能達(dá)到給定命令值，再進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，這就使得整個系統(tǒng)跟隨性差，調(diào)節(jié)緩慢，同時，對外部擾動的控能力變差，容易處于小幅不穩(wěn)定狀態(tài)中，控制效率較低，在負(fù)荷經(jīng)常變化的工位尤其突出。這種情況在實際生產(chǎn)中因設(shè)備外表正常而很容易被忽略。正確的做法是：區(qū)分泵和風(fēng)機(jī)的特點，在現(xiàn)場允許的情況下測試負(fù)載允許的盡可能短的加減速時間并加以設(shè)定。
關(guān)于自動節(jié)能運行
所謂自動節(jié)能運行，是指對于輕負(fù)載開環(huán)恒速運行，即輸出頻率一定的情況下，變頻器可自動降低V/F曲線 ，即輸出電壓自動降低，以減少電動機(jī)的勵磁電流和電動機(jī)損耗，使電機(jī)在電壓和電流的乘積（功率）為比較小的節(jié)能狀態(tài)下運行。目前有很多品牌的通用變頻器都具有這種功能。例如，日本富士電機(jī)公司FRN-P9S系列變頻器在出廠時即將此參數(shù)設(shè)定為“有效”。
但需要指出的是，此功能僅適用于離心式泵和風(fēng)機(jī)等平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載；而對于往復(fù)式柱塞泵和空氣壓縮機(jī)等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，或者是負(fù)載經(jīng)常快速變化的場合，使用此功能會出現(xiàn)許多問題。由于輸出電壓降低，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，電機(jī)電流大幅上升，致使變頻器的電子熱繼電器動作；在負(fù)荷快速變化后，由于此功能跟隨性差，所降低的電壓并不能馬上增補(bǔ)回來，往往使變頻器在加速過程中提供不了足夠的力矩，造成電流急劇上升，使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩計算值超過設(shè)定的轉(zhuǎn)矩限制值，此時變頻器將自動降低輸出頻率，使加速過程不能實現(xiàn)，導(dǎo)致變頻器保護(hù)或整個控制系統(tǒng)延遲響應(yīng)。因此，在使用此功能前一定要仔細(xì)區(qū)分負(fù)載的類型，做到分別對待。
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