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英威騰CHH100高壓變頻器在離心式循環(huán)壓縮機上的應用

發(fā)布時間:2012-03-14

[摘要]通過對離心式循環(huán)壓縮機運行工藝的了解,山東某化工企業(yè)采用英威騰研發(fā)、生產的高壓變頻器對電機進行調速改造,取得了可觀的節(jié)能效益。

[關鍵詞]離心式循環(huán)壓縮機; 高壓變頻器;節(jié)能

一、 引言

山東某化工有限公司是山東石化集團公司的下屬企業(yè),以重油的生產和銷售為主。主要產品包括93#、90#車用無鉛汽油,液化氣、柴油、焦炭、輕質油、丙烯等;其中高壓變頻器應用在丙烯車間的循環(huán)氣壓縮機上。此負載設備為離心式循環(huán)壓縮機,參數(shù)如下:


壓縮機型號

4V-2S

電動機型號

YB450M1-2

生產廠家

錦西化工機械廠

生產廠家

南陽防爆電機廠

介質

合成氣(CO,H2等)

額定功率Pdn

450kW

功率

323 kW

額定轉速n0

2980 r/min

額定轉速

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、 應用環(huán)境分析

工藝流程如圖1所示:

 
 
圖1:丙烯收集系統(tǒng)工藝流程圖

在實際應用中,工頻時每次啟動壓縮機都是重載啟動,啟動起來十分不容易,同時還給工藝上帶來很大隱患,比如噪音大,啟動電流大,影響設備壽命、壓力突變等。另外,由于負載的波動性較大,電機很少在滿載情況下運行,僅依靠關出口閥、打回流來調節(jié)流量,浪費嚴重,能耗較高,運行十分不經濟。為了解決這一系列問題,通過多方調研,該化工廠決定采用高壓變頻器對電機進行調速改造。

 

 

 


三、 系統(tǒng)方案提出

1.變頻調速原理

按照電機學的基本原理,電機的轉速滿足如下的關系式:

n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①

式中:P-電機極對數(shù);f-電機運行頻率;s-滑差。

從式中看出,電機的同步轉速n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p),由于滑差s一般情況下比較?。?-0.05),電機的實際轉速n約等于電機的同步轉速n0,所以調節(jié)了電機的供電頻率f,就能改變電機的實際轉速。

而改變頻率必須改變供電電壓,由交流電機成立的電磁關系式:

E=4.44fwΦ ………②

式中:E-電機電動勢,f-定子頻率,W-繞組系數(shù),Φ-氣隙主磁通。

對異步電機調速時,希望主磁通Φ恒定,即U/F保持恒定,所以改變頻率時,供電電壓也應跟著變化。

2.高壓變頻器技術路線的選擇

目前,因為功率器件耐壓的限制,高壓變頻器沒有像低壓變頻器一樣,有統(tǒng)一的拓撲結構。目前,市場上主流的高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平的拓撲結構,系統(tǒng)結構如圖2所示:


 
圖2:高壓變頻器系統(tǒng)結構圖

 

由于這種結構是利用低壓功率器件實現(xiàn)高壓,巧妙的避開了電力電子功率器件耐壓不足的問題。同時通過前端的移相變壓器,實現(xiàn)了多脈沖整流,具有對電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點,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異步電機,對電機的絕緣沒有特殊要求,并且具有脈動轉矩小,無共模電壓的明顯優(yōu)點。因為技術成熟,低壓功率器件易于采購,因此成為市場上的主流方案。通過全方位的調研,該化工廠確定了英威騰研發(fā)、生產的高壓變頻器CHH100產品。


 圖3:運行中的高壓變頻器

 


3. 一次主回路方案

通過咨詢和現(xiàn)場分析,決定采用一拖一手動旁路方案:主回路由負荷開關QF、3個高壓隔離開關QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成(如圖3)。其中要求QS2和QS3不能同時閉合,在機械上實現(xiàn)互鎖。高壓隔離開關QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖,電磁鎖的操作電源使用QF的輔助觸點閉鎖。只有當QF斷開時,QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電,可以正常操作。在變頻運行時,QS1和QS2閉合,QS3斷開,變頻器得電啟動后,電機處于變頻運行狀態(tài);工頻運行時,QS3閉合,QS1和QS2斷開,QF閉合后,電機實現(xiàn)工頻直接啟動,恢復改造前的運行狀態(tài)。



 圖4:高壓變頻器工頻旁路原理圖


四、 具體使用效果

1. 現(xiàn)場技術數(shù)據(jù):

改變頻后比工頻運行時的參數(shù)對比表:

 

工頻

變頻

電機轉速

2980r/min

1200r/min

輸入電流

47A

7A

功率因數(shù)

0.47

0.85

出口閥門(FV1001)開度

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

 

節(jié)省電費為M=1291680-348192=943488元≈94.3萬元。

 


2. 變頻器運行情況:

采用變頻調速后,帶來的最大好處有以下幾點:

1.電機實現(xiàn)軟啟動,電機啟動電流遠遠小于額定電流,啟動時間相應延長,對電網(wǎng)沖擊很小。

2.壓縮機出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤,設備嘯叫嚴重,能達到120分貝;改變頻后壓差為0.8公斤,噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動機械轉矩對電機機械損傷,降低了噪音,有效的延長了電機的使用壽命,相應地延長了許多零部件的壽命;同時極大的減輕了對管道的沖擊,有效延長了管道的檢修周期,減少了檢修維護開支,節(jié)約大量維護費用。

3.輸入電流減少很多,以前電流很多都做了無用功,浪費極大。

4.提高了功率因數(shù)

五、 客戶評價

通過對離心式壓縮機改造前后的對比,達到了預期的節(jié)能效果,給用戶的生產降低了成本減少了生產設備的維護工作;目前英威騰CHH100高壓變頻器運行穩(wěn)定,生產持續(xù),受到該化工廠生產車間、維護班組和公司領導的高度評價。

六、 結束語

我公司通過對離心式循環(huán)壓縮機的電機變頻調速改造,有效解決了之前運行過程中出現(xiàn)的啟動困難問題,改善了生產工藝,延長了設備檢修周期,并且取得了良好的經濟效益。隨著高壓變頻器市場的進一步成熟,將會有越來越多的設備列入改造之列,為國家的節(jié)能減排作出貢獻。

參考文獻

[1].高壓變頻調速系統(tǒng)CHH100系列產品技術手冊

[2].高壓變頻器應用資料匯編-石化行業(yè)

 

關于英威騰:

英威騰,成立于2002年,致力于成為全球領先、受人尊敬的電氣傳動、工業(yè)控制、新能源領域產品與服務供應商,2010年在深交所A股上市。英威騰是國家火炬計劃重點高新技術企業(yè),總部員工1100多人,國內、外辦事處30余個,控股子公司9家,業(yè)務涉及電氣傳動、工業(yè)自動化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領域。在基礎業(yè)務變頻器領域,英威騰占據(jù)國內領先地位,擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業(yè)專用豐富的產品系列,產品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機床、礦山等行業(yè)廣泛應用,產品銷售遍布全球60多個國家和地區(qū)。

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