中压变频调速节能装置在赤天化液氨泵的应用.doc

1、中压变频调速节能装置在赤天化液氨泵的应用摘 要：高压液氨泵是化肥生产企业的关键设备，而其原有的调速系统均为老式的液力变矩器调速系统，成本高，维修困难。本文论述了高压液氨泵的变频调速系统，并将此系统成功应用于赤天化，并取得了非常好的效果。 关键词：中压变频调速装置 液氨泵 液力变矩器 一、引言 近十几年来，由于交流变频调速装置调速性能平滑，变频范围宽，低频性能好，功率因数高，节能显著，现已被广泛应用于各行各业的调速控制系统中。而随着变频调速技术的不断发展，中压电动机采用变频调速技术进行调速运行的应用实例也越来越多，中压电动机采用变频调速控制技术既解决了电机软起动和实现无级调速、满足生产工艺需要的

2、问题，又可以大幅节约能源，降低生产成本，是一举多得的好事情。 赤天化大修期间，电力车间对尿素系统的高压液氨泵进行了变频改造，整套系统正式投用，至今运行良好。 二、液氨泵改造问题的提出 在赤天化的尿素生产工艺中，要求输送这部分液体的高压液氨泵的流量是可调节的。对于往复式的高压液氨泵来说，流量的调节主要是通过改变泵的转速来达到的目的，而泵的转速的改变是通过其驱动部分的调速系统来完成的。 赤天化的高压液氨泵是一台立式七柱塞往复泵，调速系统由液力变矩器及其附属设备组成，系统框图如图一。 图一 系统由工作于额定转速的中压异步电动机拖动，通过总控室的操作人员远程调节变矩器变矩来实现调速，再经减速机减速来驱

3、动液氨泵。 调速系统的核心设备液力变矩器是由固定在输出轴上的透平轮、以及齿轮油泵、调节叶片、导向装置、伺服机构等部件组成。它是通过总控室操作人员控制伺服机构来调节叶片开度的，利用介质油来传递能量，从而改变输出扭矩及转速的。 该系统已经运行多年，随着时间的推移，存在的问题也逐渐暴露出来了，归纳起来主要有以下几点： A）液力变矩器的机械磨损和老化问题日趋严重，速度调节滞后，转速不稳定。 B）故障率增加，维修周期已经缩短到半年左右，且设备维修困难，修复期长（修一次大概要 15 个小时左右） ，维修费用高。 C）电动机的效率低，损耗大，尤其在生产装置长期处于低负荷运行情况下，电机的功率损失更是惊人的。

4、 D）化肥企业外部环境日趋恶劣，生产成本不断升高，同时国家强烈呼吁节约能源，因此节能降耗，加强成本控制，挖掘内部潜力，提高产品竞争力也是一种趋势。 鉴于上述问题，对其 3104J 中压液氨泵进行改造已成当务之急。 三、采用变频调速系统进行改造 根据工艺要求，液氨泵需要调速，因此需要一种新的调速方式来取代原有的液力变矩器调速方式，而变频调速正可以满足要求 1.变频器选型 中压电机的变频调速这几年取得了飞速的发展，目前国内中压变频器市场主要以欧美产品占主导地位，也有少量日本产品，常见品牌有ABB、罗宾康、美国 ROCKWELL、西门子等，变频装置价格与前几年相比有了大幅下降，性能价格比较高。近几年

5、来少数国内变频器制造商学习和消化吸收国外产品的性能结构和制造经验，推出了一批国产中压变频器品牌，取得了一定的成绩，但在应用业绩和产品稳定性、适用性方面与国外产品相比还有不小的差距。根据 3104J 中压铵泵现场条件，并经过电气工程技术人员再三研究考虑，决定选用西门子大型传动罗宾康部生产的完美无谐波系列中压变频器。 2.中压变频器原理及其特点 2.1 中压变频器原理 罗宾康完美无谐波系列中压变频器采用功率单元直接串联的方式实现直接高压输出方式。此种方式是由多个低压功率单元串联叠加而达到高压输出，这种方式的特点是： A）直接输出 6kV 驱动电机，整个变频装置为一体化结构，系统构成最为合理。 B）

6、效率高，由于多重化变频器无输出变压器，也无需功率因数补偿装置，谐波滤波器等。同时由于谐波分量小，电源变压器的损耗小，因而系统效率高。 C）对电网的谐波污染极小。 D）由于采用了多重化的脉宽调制技术，提供正弦输出波形，不再有因谐波引起的转矩脉动及电机发热、噪音问题。而且无论变频器到电机的电缆有多长都可以保护电机不受 dv/dt 的损害。 E）可采用功率元件旁路冗余技术，保证设备连续可靠运行。 F）体积在同类产品中最小。 2.26kV 系列完美无谐波中压变频器主电路拓扑结构图 图二 四、系统配置及其控制原理 1.系统配置图 图三 2.控制原理 控制原理如下：三相高压 6kV 交流电直接输送到变频器

7、，通过工艺人员给定信号给变频器，控制变频器运行，然后变频器直接带动中压电机，实现变频控制功能。 变频转速控制为开环控制，DCS 根据工艺要求给出给定信号，信号为420mA 的电流信号，直接送给变频器，从而实现电机的转速调节，同时各种保护信号如低油压停车，紧急停车，风机跳闸停车等信号经变频器输入端送入变频器，由变频器实现保护动作 五、运行情况分析 改造后变频调速系统运行已经近三个多月，效果非常好，与原系统相比较，除保留原有优点外，还具有以下显著特点： 1.调速调节平滑、灵敏、转速稳定。泵转速准确的受控于给定信号，不受负荷大小影响； 2.现场操作和原来一样，更好的让工艺人员习惯了新系统的操作； 3

8、.电机的启动电流比原来减小 5-7 倍，这对延长电机使用寿命，提高电网供电质量非常有利； 4.对于电网晃电和瞬时断电，新系统有了更好的应对措施。原来晃电失压过负荷跳车后，需要工艺人员迅速跑到现场启动电机，这样延误了时间。而新系统采用了晃电失压降负荷运行和断电延时自启动功能，一旦系统晃电电机失压过负荷或断电跳车后，只要在设定的时间内恢复供电，变频器能在原负荷下带动电机实现自启动，这样就减小了晃电对整个工艺系统的影响； 5.泵的转速由变频器限定在一个工艺需要的转速上，它可避免因转速过低或转速过高引起的各种事故； 6.经济效益明显，下面是改造前后跳速系统的数据情况： 表一 液力变矩器调速系统 注：C

9、os=0.835，V=6.0Kv 表二 变频调速系统 注：Cos=0.965，V=6.0Kv 表三 节电效果比较 由表一推算 由表二推算 由表三可算出： 变矩器系统平均能耗：（370+390+385）/3382（kW.h） 变频器系统平均能耗：（280+298+295）/3291（kW.h） 则变频系统节能：382-291=91（kW.h） 节电率：91/382=23.8% 如将节省的维修费用及变矩器的更新费用计算在内，则经济效益更加可观。 六、结语 从变频改造结束至今已有半年时间，整套系统运行良好。在赤天化，此次是首次将变频调速技术应用于中压电机上，这次改造的成功对于中压变频调速技术在赤天化的推广和应用具有重大的意义。 参考文献 1西门子（上海）电气传动设备有限公司.新一代控制 NBH 高压变频器用户手册，2006.4. 作者简介：何相江，助理工程师，2003 年毕业于西南科技大学信息与控制工程学院自动化专业，现在正泰遵义维保车间任电仪技术组组长。