富士中壓變頻器在煉油廠循環(huán)水泵的應(yīng)用

1　引言

　　茂名石化于1990年開始在煉油分部所屬生產(chǎn)裝置安裝各類變頻器200多臺。變頻器所帶負(fù)載有油泵、風(fēng)機(jī)和濾機(jī)等，在調(diào)速和節(jié)能方面起著重要作用。

　　煉油生產(chǎn)過程中，流量、液面、壓力等參數(shù)常隨著工況的改變而改變。由于技術(shù)水平限制，沒有一種合適調(diào)速方法，因此只能采用控制閥門或擋板開度的方法來改變流量、液面等，即用人為增減阻力的辦法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。工藝需要小流量時，大量能量損失在閥門或擋板上。變頻器能夠根據(jù)負(fù)載大小自動調(diào)節(jié)頻率，使各種工況下機(jī)泵電耗降至最低，起到節(jié)約大量電能的作用。

　　目前我公司使用富士中壓變頻器，電機(jī)運(yùn)行時功率因數(shù)甚至可達(dá)到0.95以上，節(jié)能效果明顯。

2　富士中壓變頻器原理和性能指標(biāo)

　　2.1　富士中壓變頻器工作原理

　　圖1是富士中壓變頻器的原理框圖。變頻器每相由4個相同功率單元串接而成，每個功率單元由輸入變壓器兩個二次線圈供電。每個二次線圈額定電壓均為480v，這樣每個功率單元的輸入額定電壓為960v，輸出電壓為0～960v，4個功率單元最大輸出電壓相加即為相電壓3840v，對應(yīng)的線電壓為6650v，額定電壓視為6000v。

　　每個功率單元都可以視為一個采用igbt構(gòu)成的三相輸入，單相輸出的pwm變頻器，輸出0～960v可調(diào)電壓和0～120hz可調(diào)頻率，其結(jié)構(gòu)原理與通常的低壓變頻器原理一樣。

　　2.2　富士中壓igbt變頻器性能指標(biāo)

　　frenic4600fm4系列變頻器采用了32位risc處理器的cpu，用于頻率控制、運(yùn)轉(zhuǎn)程序、各種接口等基本控制;在需要進(jìn)行高速運(yùn)算的電流控制部、電壓指令整形部分別搭載了數(shù)字信號處理器（dsp）。為了對各種用途實(shí)現(xiàn)最佳控制，將系統(tǒng)作了固件化，它具有以下幾種功能：

　　（1）程序功能

　　可根據(jù)外部順序及控制信號，用軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)和停止操作。

　　（2）調(diào)節(jié)功能

　　具有基于采樣控制，進(jìn)行最佳控制的調(diào)節(jié)功能。

　　（3） 控制參數(shù)設(shè)定功能

　　用操作面板、編程器、pod或者集中監(jiān)視系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)的每個控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定或作最佳調(diào)整。

　　（4） 故障檢測功能

　　故障發(fā)生時的信息可以通過操作面板、編程器、pod或者集中監(jiān)視系統(tǒng)確認(rèn)。而且通過編程器或集中監(jiān)視系統(tǒng)還能夠采集故障發(fā)生前后的數(shù)據(jù)。

　　（5） 獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)功能

　　無須連接上位機(jī)系統(tǒng)，僅使用frenic4600fm4就可以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　（6） 停電保護(hù)功能

　　在發(fā)生停電故障時，ram的數(shù)據(jù)由電容支持保護(hù)，在不通電的狀態(tài)下數(shù)據(jù)可維持一個星期。

　　（7） 在線模擬量數(shù)據(jù)輸出

　　運(yùn)轉(zhuǎn)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)可以以模擬量輸出。

3　富士中壓igbt變頻器在西二循循環(huán)水泵的應(yīng)用

　　3.1　應(yīng)用原因

　　西二循有3臺循環(huán)水泵分別是泵1/1、泵1/2、泵1/3，電機(jī)功率都是400

　　kw，這三臺高壓泵是互為備用的。裝置正常生產(chǎn)時開2臺高壓水泵，由于水壓過高，有一部分循環(huán)水要打回流，造成大量電能浪費(fèi)，在泵1/1裝設(shè)中壓變頻器后，可以根據(jù)生產(chǎn)流程需要自動調(diào)節(jié)頻率，既能滿足生產(chǎn)用水要求，又能節(jié)省大量的電能。

　　3.2　效果分析

　　根據(jù)流體機(jī)械原理可知，對于泵類、風(fēng)機(jī)類負(fù)載，流量和轉(zhuǎn)速成正比，而電機(jī)的軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。因此采用變頻技術(shù)在不同流量時消耗的功率為：

　　p變＝n3ped＝q3ped （1）

　　若采用閥門控制流量，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，在不同流量時電機(jī)消耗的功率為：

　　p閥＝（0.4+0.6q）ped （2）

　　式（1）、（2）中ped為閥門全開電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時消耗的功率，q為流量的相對值。從上面兩條公式可以算出，當(dāng)流量q為額定流量的50%時，采用變頻調(diào)速技術(shù)時消耗功率為0.125ped，采用閥門控制流量消耗功率為0.7 ped。理論上節(jié)電率為：（0.7-0.125）/0.7＝82.1%，可見變頻器節(jié)能效果非常好。

　　在西二循泵1/1裝設(shè)變頻器投用后變頻器運(yùn)行頻率是41hz，按照上面公式估算變頻器投用后每天可節(jié)電3682kw.h。同時還能減少對機(jī)泵的沖擊，減少機(jī)泵的維修量，延長機(jī)泵的使用壽命，節(jié)省大量的檢修費(fèi)用。

4　變頻器一次、二次控制線路

　　作為煉油系統(tǒng)的循環(huán)水泵，在變頻器發(fā)生故障時要具有快速恢復(fù)送電功能，為此我們根據(jù)使用變頻器和不使用變頻器的特點(diǎn)，設(shè)計出該循環(huán)水泵既可以帶變頻器運(yùn)行，又可以不帶變頻器運(yùn)行。下面根據(jù)圖2來說明工頻運(yùn)行、變頻運(yùn)行一次、二次控制線路圖控制原理：

　　4.1　工頻運(yùn)行

　　（1）一次電路

　　雙向刀閘qs打到工頻位置，如果qf開關(guān)合上，6kv高壓電通過qf開關(guān)、qs刀閘加到電機(jī)上，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，反之電機(jī)停機(jī)備用。

　　（2）二次控制線路

　　bk轉(zhuǎn)換開關(guān)打到工頻位置，①②、③④、⑤⑥三對觸點(diǎn)接通，按下sb1起動按鈕，（+wc）—1qf—sb1—③④—①②—合閘電路—1qf—（-wc）。合閘線圈得電qf開關(guān)合上電機(jī)正常運(yùn)行，按下sb2停止按鈕，（+wc）—1qf—sb2—⑤⑥—跳閘電路—1qf—（-wc）。跳閘線圈得電qf開關(guān)斷開電機(jī)停止運(yùn)行。

　　4.2　變頻運(yùn)行

　　（1）一次電路

　　雙向刀閘qs打到變頻位置，qf開關(guān)合上，起動變頻器，6kv高壓電通過qf開關(guān)、變頻器、刀閘加到電機(jī)上，電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，反之電機(jī)停機(jī)備用。

　　（2）二次控制線路

　　bk轉(zhuǎn)換開關(guān)打到變頻位置，⑦⑧、⑨⑩、三對觸點(diǎn)接通，在變頻器允許開機(jī)3zj常開觸點(diǎn)接通時，按下sb1起動按鈕，（+wc）—1qf—sb1—3zj—⑨⑩—1zj—1qf—（-wc）。1zj中間繼電器得電，起動變頻器，電機(jī)帶變頻器運(yùn)行。按下sb2停止按鈕，（+wc）—1qf—sb2—⑦⑧—2zj—1qf—（-wc）。2zj中間繼電器線圈得電，變頻器停止運(yùn)行。

5　結(jié)束語

　　使用變頻器，不僅能起到節(jié)能作用，而且延長機(jī)泵的使用壽命，減少機(jī)泵的維修量，是石化企業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗理想電氣設(shè)備。