高壓變頻器在離心式循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 16:20:13來源：
[摘要]通過對(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：
二、生產(chǎn)工藝流程
來自齊魯石化第二化肥廠丁辛醇車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)起來十分不容易，同時(shí)還給工藝上帶來很大隱患，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)很少在滿載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來調(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題，通過多方調(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，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势骷蛪旱南拗疲邏?font>變頻器沒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，巧妙的避開了電力電子功率器件耐壓不足的問題。同時(shí)通過前端的移相變壓器，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為“完美無諧波變頻器”。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產(chǎn)異步電機(jī)，對(duì)電機(jī)的絕緣沒有特殊要求，并且具有脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，無共模電壓的明顯優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧夹g(shù)成熟，低壓功率器件易于采購，因此成為市場上的主流方案。通過廠家的介紹和其它兄弟單位的現(xiàn)場考察，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
通過咨詢，我們決定采用一拖一手動(dòng)旁路方案：主回路由負(fù)荷開關(guān)QF、3個(gè)高壓隔離開關(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，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，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)場技術(shù)數(shù)據(jù)：
１改變頻后比工頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)對(duì)比表：
２年運(yùn)行時(shí)間T：360天；
３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，帶來的比較大好處有以下幾點(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，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，有效的延長了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長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，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開支，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功，浪費(fèi)極大。下圖4的運(yùn)行參數(shù)為例，可見其輸入電流減少了很多。