2021年注册化工工程师专业基础知识辅导1变频器在炼油化工装置上的应用.docx

TIME \@ "yyyy'年'M'月'd'日'" 2020年5月14日 2021年注册化工工程师专业基础知识辅导1变频器在炼油化工装置上的应用 注册化工工程师专业基础知识教导1 新型变频器在炼油化工装置上应用介绍 　　1 .概述?在工业企业中，电机是应用面最广和数量最多电气设备之一。现在，大量交流电机均工作在固定转速运行，这已愈来愈不能适应生产工艺对于自动化要求。同时，其运行在低功率因数和低效率工况下，对电能是极大浪费。?因为石化行业日益猛烈市场竞争，对我厂石油化工产品型号、质量、数量等提出了新要求。为了满足这些工艺上要求， 在原驱动电机上，增加变频器系统。这么既可平滑改变物料输送量，满足了生产工艺要求，又达成了节能效果。?在我厂常一线、常二中采取变频器系统，既是动力源又是改变工艺参数实施机构，它替换了原有实施机构－－调整阀，使得介质传输工艺过程控制发生了变革。?2 .变频器调速运行时节能原理?在实际生产过程中，各类泵负荷选择全部大于生产实际需要流量，而在实际运行中，所需流量往往比设计流量小很多，假如所用电机不能调速，通常只能经过调整阀门来控制流量，其结果在阀门上会造成很大能量损耗。假如不用阀门调整，而是让电机调速运行，那么，当需要流量减小时，电机转速降低，消耗能量会显著减小。?H（n1），H（n2）表示调速时Q＝f（H）曲线，R1、 R2表示阀门调整时管路阻力曲线。阀门控制时，因为要降低流量，关小阀门，使阀门摩擦阻力变大，Q2 →Q1， A→B，HA→HB阀门控制时功率消耗P1由0HBBQ1表示。当调速控制时，Q2→Q1，A→C，HA→HC调速控制时功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1＞P2则表示调速时功率消耗小于阀门节流时功率消耗。?P＝rQH 泵轴功率?Q 流量 H 扬程 r 液体重度?在B点和C点运行时 PB－PC＝Q1（HB－HC）r 这部分就是所节省电能。?对于泵负载，有以下表示式：?Q1/Q2 ＝ n1/n2?H1/H2 ＝ （n1/n2）2?P1/p2 ＝ （n1/n2）3?由上式可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降1/4，功率下降1/8， 即功率和转速成3 次方关系下降。假如不用关小阀门方法，而是把电机转速降下来，那么伴随泵输出压力降低，在输送一样流量情况下，原来消耗在阀门上功率就可完全避免。在不装变频器时，泵出口流量靠出口阀控制调整。流量小时，靠关小阀门调整，增加了泵管压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。使用变频器后，能够降低泵转速，泵扬程也对应降低，电动机输出功率也降低了，从而消除了原来消耗在泵出口阀上管压差。?3 .变频器系统控制方案?我厂常一线泵B109和常二中泵B114电动机功率分别为75kW和55kW，转速2982转/分，额定电压380V，额定电流分别为132A和103A，额定出口流量分别为28.520M3/h和20M3/h。?在正常工作负荷情况下，电机工作在额定转速2982rpm，转速不可调。为保持流量稳定，采取控制出口阀门方法进行控制，即差压变送器检测流量信号送至PID调整器，再由PID调整器输出4－20mA控制信号，控制出口调整阀开度，从而控制出口流量，保持流量稳定。原系统实际运行中，存在以下问题：?（1） 节流量较大，泵出口阀节流量已靠近泵额定流量二分之一，浪费大量电能。?（2） 控制精度低，出口流量波动较大（约3%）。?（3） 电机工作在额定转速，出力不变消耗电能。?（4） 电机噪音较大，泵和管线阀门压力较大，易造成泄漏。?依据系统上述工艺要求，我们对变频器系统进行设计时，遵照了以下标准：?a、 保持出口流量稳定；?b、 出口流量控制精度0.5% ；?c、电动机转速范围应在 0~2982转/分；?d、依据泵工作特征，系统设计应按恒转距标准进行；?e、节能降耗；?f、系统设计采取工频和变频双切换，确保生产连续性和可靠性，能够互为备用；?g、采取两路DCS输出接点，一路控制原调整阀，一路控制变频器，在变频器故障状态时，DCS能自动识别变频故障信号，然后切换到调整阀调整流量。而当变频器处于正常运行状态时，调整阀处于全开位置；?遵照上述标准，经过调研、比较，我们选择了日本东芝A5P变频器。该变频器含有技术优异、功效齐全、结构紧凑、可靠性高等特点，专为泵和风机类负载设计。?FRH：频率设定；ACC/DEC：加/减速控制电路；A/D：模数变换；V/F：压频变换；BD：基极驱动电路；CPU：微处理器；LED：显示电路。?变频器主电路为经典“交—直—交”SPWM电压型主电路。?变频器控制电路：频率给定FRH（即速度给定）经过ACC和DED加减速控制电