|
[摘要]通過(guò)對(duì)離心式循環(huán)壓縮機(jī)運(yùn)行工藝的了解，山東淄博諾奧化工采用利德華福研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造，取得了很大的節(jié)能效益。
[關(guān)鍵詞]離心式循環(huán)壓縮機(jī) 高壓變頻器 節(jié)能
一、項(xiàng)目概況
山東淄博諾奧化工有限公司成立于2006年，是由齊魯石化第二化肥廠綜合利用化工廠改制成立的，公司位于齊魯石化第二化肥廠西部，經(jīng)過(guò)幾年發(fā)展，公司擁有20000t/a丙醛裝置，10000t/a丙醇裝置，15000t/a丁辛醇?xì)堃夯厥昭b置，30000t/a辛醇裝置，其中高壓變頻器應(yīng)用在丙醛車(chē)間的循環(huán)氣壓縮機(jī)上。此負(fù)載設(shè)備為離心式循環(huán)壓縮機(jī)，參數(shù)如下：
|
壓縮機(jī)型號(hào) |
4V-2S |
電動(dòng)機(jī)型號(hào) |
YB450M1-2 |
|
生產(chǎn)廠家 |
錦西化工機(jī)械廠 |
生產(chǎn)廠家 |
南陽(yáng)防爆電機(jī)廠 |
|
介質(zhì) |
合成氣（CO，H2等） |
額定功率Pdn |
450kW |
|
功率 |
323 kW |
額定轉(zhuǎn)速n0 |
2980 r/min |
|
額定轉(zhuǎn)速 |
14029 r/min |
額定電壓U0 |
6kV |
|
額定流量 |
20190 m3/h |
額定電流I0 |
52.1A |
|
入口壓力 |
1.35 MPa |
額定功率因數(shù) |
0.88 |
|
出口壓力 |
1.85 MPa |
|
|
|
增速箱增速比 |
1:4.7 |
|
|
二、生產(chǎn)工藝流程
來(lái)自齊魯石化第二化肥廠丁辛醇車(chē)間的合成氣與齊魯石化烯徑廠的乙烯混合進(jìn)入合成反應(yīng)塔，在催化劑的作用下生成氣相丙醛經(jīng)過(guò)冷卻，冷凝得到粗丙醛，氣體經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)，返回合成反應(yīng)器，液相粗丙醛進(jìn)入精餾塔精餾得到丙醛產(chǎn)品。粗丙醛收集系統(tǒng)工藝流程如圖1所示：
圖1：粗丙醛收集系統(tǒng)工藝流程圖
在實(shí)際應(yīng)用中，工頻時(shí)每次啟動(dòng)壓縮機(jī)都是重載啟動(dòng)，啟動(dòng)起來(lái)十分不容易，同時(shí)還給工藝上帶來(lái)很大隱患，比如噪音大，啟動(dòng)電流大，影響設(shè)備壽命、壓力突變等。另外，由于負(fù)載的波動(dòng)性較大，電機(jī)很少在滿(mǎn)載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來(lái)調(diào)節(jié)流量，浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗較高，運(yùn)行十分不經(jīng)濟(jì)。為了解決這一系列問(wèn)題，通過(guò)多方調(diào)研，我廠決定采用高壓變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造。
三、改造方案
1.變頻調(diào)速原理
按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿(mǎn)足如下的關(guān)系式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
式中：P-電機(jī)極對(duì)數(shù)；f-電機(jī)運(yùn)行頻率；s-滑差。
從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小（0-0.05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機(jī)成立的電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ ………②
式中：E-電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通。
對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時(shí)，供電電壓也應(yīng)跟著變化。
2.高壓變頻器技術(shù)路線的選擇
目前，因?yàn)楣β势骷蛪旱南拗�，高壓變頻器沒(méi)有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前，市場(chǎng)上主流的高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2：高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由于這種結(jié)構(gòu)是利用低壓功率器件實(shí)現(xiàn)高壓，巧妙的避開(kāi)了電力電子功率器件耐壓不足的問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)前端的移相變壓器，實(shí)現(xiàn)了多脈沖整流，具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點(diǎn)，有些廠家又把這種變頻器稱(chēng)為“完美無(wú)諧波變頻器”。在變頻器的內(nèi)部控制上，利用功率單元輸出波形的移相疊加，形成多電平輸出電壓波形，可以直接適配普通國(guó)產(chǎn)異步電機(jī)，對(duì)電機(jī)的絕緣沒(méi)有特殊要求，并且具有脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，無(wú)共模電壓的明顯優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧夹g(shù)成熟，低壓功率器件易于采購(gòu)，因此成為市場(chǎng)上的主流方案。通過(guò)廠家的介紹和其它兄弟單位的現(xiàn)場(chǎng)考察，我們確定了利德華福研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器HARVEST-A產(chǎn)品。
圖3：運(yùn)行中的高壓變頻器
3. 一次主回路方案
通過(guò)咨詢(xún)，我們決定采用一拖一手動(dòng)旁路方案：主回路由負(fù)荷開(kāi)關(guān)QF、3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成（如圖3）。其中要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用QF的輔助觸點(diǎn)閉鎖。只有當(dāng)QF斷開(kāi)時(shí)，QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)，變頻器得電啟動(dòng)后，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)，QF閉合后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻直接啟動(dòng)，恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)。
圖4：高壓變頻器工頻旁路原理圖
四、高壓變頻器節(jié)能改造情況
1.現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)：
--改變頻后比工頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)對(duì)比表：
|
|
工頻 |
變頻 |
|
電機(jī)轉(zhuǎn)速 |
2980r/min |
1200r/min |
|
輸入電流 |
47A |
7A |
|
功率因數(shù) |
0.47 |
0.85 |
|
出口閥門(mén)（FV1001）開(kāi)度 |
35%-40% |
100% |
|
入口壓力 |
1.35MPa |
1.35MPa |
|
出口壓力 |
1.85MPa |
1.43MPa |
|
壓力差 |
0.5MPa |
0.08MPa |
|
出口流量 |
20190m3/h |
8455m3/h |
--年運(yùn)行時(shí)間T：360天；
--上網(wǎng)電價(jià)L：0.65元，節(jié)電費(fèi)總額M。
2.未改造前，電機(jī)工頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)在工頻狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行記錄如下：
輸入電壓Ud：6kV；輸入電流Id平均值：47A，
P：電動(dòng)機(jī)功率；I：電動(dòng)機(jī)輸入電流；U：電動(dòng)機(jī)輸入電壓；cosφ：功率因子。
計(jì)算公式：Pd = ×U×I×cosφ= ×6×47×0.47=230kW，
年運(yùn)行時(shí)間 T=360×24=8640h，
累計(jì)年耗電量：Cd= T×Pd=8640×230=1987200度，
因此，采用工頻運(yùn)行時(shí)年用電費(fèi)=1987200×0.65=1291680元≈129.2萬(wàn)元。
3.改造后，電機(jī)變頻狀態(tài)下的年耗電量計(jì)算：
電動(dòng)機(jī)在變頻狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)如下；
輸入電壓Ub=6KV；輸入電流Ib=7A，
計(jì)算公式：Pb = ×6×7×0.85=62kW，
采用變頻運(yùn)行時(shí), 累計(jì)年耗電量Cb=8640×62=535680度，
因此，年用電費(fèi)=535680×0.65=348192元≈34.8萬(wàn)元。
4.節(jié)能計(jì)算：
根據(jù)公式：ΔC= Cd－Cb，節(jié)電率=（ΔC/Cd）×100% ，
得出下面的數(shù)據(jù)：
年節(jié)電量：ΔC=Cd－Cb = 1987200-535680=1451520度，
節(jié)電率：（ΔC/Cd）×100% =1451520/1987200=73.0%，
節(jié)省電費(fèi)為M=1291680-348192=943488元≈94.3萬(wàn)元。
五、電機(jī)變頻改造后的運(yùn)行情況
采用變頻調(diào)速后，帶來(lái)的最大好處有以下幾點(diǎn)：
1.電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊很小。
2.壓縮機(jī)出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設(shè)備嘯叫嚴(yán)重，能達(dá)到120分貝；改變頻后壓差為0.8公斤，噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對(duì)管道的沖擊，有效延長(zhǎng)了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
3.輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無(wú)功，浪費(fèi)極大。下圖4的運(yùn)行參數(shù)為例，可見(jiàn)其輸入電流減少了很多。
圖5：2008年9月2日高壓變頻器運(yùn)行參數(shù)
4.提高了功率因數(shù)。
六、結(jié)論
我公司通過(guò)對(duì)循環(huán)氣壓縮機(jī)的電機(jī)變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的啟動(dòng)困難問(wèn)題，改善了生產(chǎn)工藝，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著高壓變頻器市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟，將會(huì)有越來(lái)越多的設(shè)備列入改造之列，為國(guó)家的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊(cè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編－石化行業(yè) 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
|
