-
-
手机阅读
高压大功率变频器在脱硫循环水工艺中的应用 |
1、引言 中石油西南油气田分公司川西北气矿净化厂坐落在四川省江油市，以四川江油中坝气田雷口坡气藏天然气为原料，对天然气进行净化加工，日处理量达50万m3，是四川省重点企业。主要产品有:硫磺、石油液化气、天然气等，生产的化工产品远销国内外。西北气矿净化厂属于典型的石油化工行业，设备品种多、价值高、对设备完好率及连续运转、可利用率要求较高。 川西北气矿净化厂脱硫分厂有1#、2#两台循环水泵，正常运行时“一用一备”，两台电机均为直接工频启动，启动电流大，既影响设备寿命又对电网产生较大冲击。脱硫工艺中,昼夜循环水温度变化较大,对循环水量要作出相应的调节。但原设备工频定速运行时，只能靠调节阀门的开度来调节循环水量的大小，通过人为改变管网的阻力，增加管网损耗，来调节水量，造成相当大的一部分能量浪费在阀门上，致使电费居高不下。使用阀门调节流量，不仅不能够经济运行，而且增加了工人的工作量，调节不及时，还会造成管网压力过高或过低，流量过大或过小，影响生产工艺及设备的安全运行。为了降低脱硫生产经济成本，提高工艺精度及工作效率，迫切需要对1#、2#循环水泵进行调速节能降耗改造。 经多次调研、考察，综合比较目前市场上的调速设备，最终决定采用北京利德华福公司生产的harsvert-a直接高－高型变频器对两台循环水泵进行节能改造。 2、工况特点 2.1 工艺流程  （2） 最低压力钳位控制 要求变频器在保证脱硫装置入口水压（大于0.45mpa）前提下，尽可能的节约循环水用水量，找到满足脱硫工艺生产要求的压力最低临界点。 2.3 场地状况 变频器室长7200mm,宽3000mm。 2.4 现场仪器仪表状况 压力变送器一块:单路输出4～20ma电流,负载能力300ω（两线制）。 温差变送器一块:单路输出4～20ma电流,负载能力300ω（四线制）。 2.5 电机及水泵参数 电机及水泵参数如表1所示。 表1 电机及水泵参数  1#、2#电机参数 1#、2#循环水泵参数 3、现场调试及问题解决方案 3.1 场地问题 表2 调试参数表格  3.3 变送器负载能力 由于现场只有一块单路输出的压力变送器，且带载能力只有300ω，而变频器内置s7-200型plc的模拟量输入模块em235的输入电阻为250ω;如将两台变频器的模拟输入回路串联的话，两个em235的输入电阻即为500ω，单台压力变送器无法带动两个em235模块，此方案不可行。因此现场将压力变送器接入单台变频装置的em235模块，利用s7-200的模拟量输出模块em232实时输出一路现场压力，用此输出信号作为另一台变频器em235的模拟输入。原理框图如图2所示。  此方法在不增加投入成本（硬件）的情况下，通过改写plc程序，使1#变频器plc的em232模块实时输入一路压力反馈信号，解决了压力变送器负载能力不够的问题，实现了单台压力变送器拖动两台变频器的“闭环”控制。 4、节能计算 4.1 水泵变频调速的节能原理  根据流体力学原理: 图3为挡板调节流量和变频调节水量的能量比较图，h2-b-c-h3组成的区域为变频较挡板调节水量节省的功率。 当采用变频调速时，可以按需要升降电机转速，改变水量的性能曲线，使水泵的额定参数满足工艺要求，根据水泵的相似定律，变速前后水量、水压、功率与转速之间关系为: q1/q2=n1/n2 h1/h2=（n1/n2）2 p1/p2=（n1/n2）3 p=h×q 式中:q1、h1、p1—水泵在n1转速时的水量、水压、功率; q2、h2、p2—水泵在n2转速时相似工况条件下的水量、水压、功率。 假如转速降低一半，即:n2/n1=1/2，则p2/p1=1/8，可见降低转速能大大降低轴功率达到节能的目的。 水泵功率为315kw，年运行时间8000h，水泵流量q和压力h在采用阀门调节流量时近似满足如下关系:h=a-（a-1）q2，其中a为水泵出口封闭时的出口压力，约为140%。 4.2 harsvert-a高压变频调速节能分析及计算 由表3可以看出采用harsvert-a高压变频调速节能的情况。  采用阀门调节流量时，功耗等于流量q和压力h的乘积。各种流量的功耗计算如下: p70%=315×0.75×（1.4-0.4×0.75×0.75）=277.6kw 采用变频调速时所消耗功率: p变频=1.732×4880×23.76×0.96=192.8 kw 节电率为（277.6-192.8）/277.6=30.5% 按循环水泵年运行时间为8000h，电费为0.70元/kwh，单台循环水泵年节电费为（277.6-192.8）×8000×0.70=47.5万元。 5、节水方面 由于脱硫工艺的特殊要求，冷却塔出入口温差的大小决定了循环水量的多少:变频改造前，冬天出入冷却塔温差较大，需水量较小，多余的循环水从溢流泵排出，造成了水量的浪费;变频改造后通过高压变频器调节给定频率，既减小了循环水量，又能保证脱硫工艺对水温的要求，水泵工作在高效区，溢流损失得到很好的控制。 6、结束语 实践证明:harsvert-a06/040型高压变频器在川西北循环水泵上的应用是成功的。使用变频器后，节能效果明显;出入口阀门全开，减少了阀门能耗损失;实现了电机的软启动，延长了电机的使用寿命;内置plc通过采集现场的水压数据（4～20ma信号），根据其设定值和实际值的变化情况，自动调节变频器输出频率，控制水泵转速，实现恒压供水，大大提高了脱硫工艺的自动化水平，具有良好的推广价值。 |