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高压变频器在原油泵的改造方案

2019-03-22 点击量:336

高压变频器在原油泵的改造方案
1、引言

  变频调速技术的成功出现,就以其优异的性能代替了其他交流电机调速方式,乃至直流电机调速,而成为电气传动的主要方式。交流电机调速的目的主要有两个,一是为了满足生产工艺要求,二是为了达到节能降耗的目的,在储运车间P433原油泵改造方案中,就将变频器应用到该系统中。

2、改造前的工况

  P433泵型号:250AYSⅡ-150×2A;
  额定流量:472m3/h;
  额定扬程:272m;
  轴功率:443kW;
  效率:79%;
  额定转速:2950r/min;
  运行时出口压力:2.8MPa;
  允许出口***小压力:2.1MPa。

  配套电机型号:YB560S2-2;
  额定功率:560kW;
  额定电压:6000V;
  额定电流:64.1A;
  额定转速:2967r/min;
  功率因数:0.89;
  运行时电流:39.1A。
  现场是通过调节泵出口阀门的开度,即改变管网阻力来调节流量,同时改变了出口压力。根据泵的特性,调节出口阀门的开度,将使效率下降。若采用改变泵电机转数,阀门全开,管网阻力曲线不变,降低水泵的扬程以减小流量,根据现场需要,允许出口***小压力为2.1Mpa,允许***小流量为240t/h,在满足此要求的基础上进行调速,使泵效率在高效点运行,即变速调节比节流调节时,泵从电网吸取功率要减少,因此采用变速调节,能把消耗在节流中的损耗省下来,达到节能的目的。

3、高压变频装置原理及特点

  变频装置采用多电平串联技术,由移相三明变压器、http://nanjing.lcjyg.com/功率单元和控制器组成。6kV系列变频装置由18个功率单元构成,每6个功率单元串联构成一相,如图1所示。

图1 6kV系列变频装置原理图
  功率单元的电路结构及原理:每个功率单元由整流、滤波、逆变、旁通、驱动、保护、模拟量采集、PWM形成等电路组成。
  输入侧由移相三明变压器给每个单元供电,移相三明变压器的副边绕组分为三组;这种多级移相叠加的整流方式可以大大改善网侧的电流波形,使其负载下的网侧功率因数接近于1。
  另外,由于三明变压器副边绕组的独立性,使每个功率单元的主回路相对独立,类似常规低压变频器。
  输出侧由每个单元的U、V输出端子相互串接而成星型接法给电机供电,通过对每个单元的PWM波形进行重组,可得到阶梯PWM波形。这种波形正弦度好,dv/dt小,可减少对电缆和电机的绝缘损坏,无须输出滤波器就可以使输出电缆长度很长,电机不需要降额使用,可直接用于旧设备的改造;同时,电机的谐波损耗也大大减少,消除了由此引起的机械振动,减小了轴承和叶片的机械应力。

  由于应用了先进的电子技术、计算机控制技术、现代通信技术和高压电气、电机拖动等综合性领域的学科技术,因此变频调速具有其它调速方式无法比拟的优点:
(1)变频器采用液晶显示数字界面,调整触摸式面板,可随时显示电压、电流、频率、电机转速等,可非常直观地显示电机在任何时间的实时状态;
(2)精确的频率分辨率和高的调速精度,完全可以满足各种生产工艺工况的要求;
(3)高压变频器具有国际通用的外部接口,可以同可编程控制器(PLC)和工控机等各种仪表相连,并可与原设备控制回路相连接,构成部分闭环系统,如与原DCS系统实现数据交换和连锁控制等;
(4)具有就地和异地操作功能,另可通过互联网实现远程监控功能;
(5)具有电子保护和工业电气保护功能,保证变频器和电机在正常运行和故障时的安全可靠;
(6)电机可实现软启动、软制动,启动电流小,小于电机的额定电流,电机启动时间可连续可调,减少了对电网影响;
(7)减少配件的损耗,延长设备的使用寿命,提高了劳动生产效率。

4、系统方案

4.1 改造前的系统

  改造前的系统为采用高压开关设备直接控制高压电机运行,通过调节阀门的开度来改变流量及阀门出口压力。
4.2 改造后的系统方案
改造后的系统方案是采用高压变频调速装置对电机转速进行调节,从而进行调节流量及阀门出口压力。同时带有旁路系统,当变频器故障是可以打到旁路运行。

 5、变频节能分析

  根据流体力学原理,对于调速泵来说,有如下关系;
  泵输出流量的大小与所拖动的电机转速的平方成正比;
  泵消耗的功率大小与所拖动的电机转速的立方成正比;
  由于调速电机所拖动的泵的额定扬程为272m,如当输送原油的管网压力为2.1Mpa(相当扬程为210m),则可。
(1)计算出调速泵在调速运行中的******转速:
r/min当管网压力为2.1Mpa时,调速******速为2592r/min,此时泵输出的流量为262.11t/h,完全满足现场要求240t/h的要求。
(2)改造前作为恒速泵的原油泵消耗功率的计算:
  泵工作时所需的轴功率=(介质密度×重力加速度×流量×扬程)÷(1000×泵的效率)。
(3)改造后作为调速泵的原油泵进行输送消耗功率的计算。
  原油介质密度按0.800t/m3(40℃)计算,电机的效率按92%计算。
  改造前、后正常运行时泵消耗的功率(根据上面公式计算)如附表所示:

附表、系统改造前、后正常运行时泵消耗的功率


由此可见,将一台原油泵拖动电机改为由变频装置调速运行后,一年可节约电费约55.74万元。

6、结束语

  高压变频调速控制作为一种新型的调速方法,其性能优于其它调速方式,是现代化大型电厂广泛采用的一种节能控制手段。变频改造工程促进了企业经济效益的明显提高,并且它以高性能、高可靠性和调节的灵活性以及操作的简便性,赢得了运行人员的认可。


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