【化工行業(yè)】 高壓變頻器在離心式循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用
上海亞東石化有限公司成立于2003年1月，公司位于上海市奉賢區(qū)，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：
壓縮機(jī)型號 4V-2S 電動機(jī)型號 YB450M1-2
生產(chǎn)廠家 錦西化工機(jī)械廠 生產(chǎn)廠家 南陽防爆電機(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
表1循環(huán)壓縮機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)
二、生產(chǎn)工藝流程
來自辛醇車間的合成氣與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)每次啟動壓縮機(jī)都是重載啟動，啟動起來十分不容易，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電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造。
三、改造方案
1、設(shè)備選型
根據(jù)用戶電機(jī)參數(shù)及負(fù)載情況，配置由億思特公司生產(chǎn)的IDrive2000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；該產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)余量大、過載能力強(qiáng)，操作方便，質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。
循環(huán)壓縮機(jī)使用變頻器型號以及主要參數(shù)如下：
| 適配電機(jī)功率 | 6kV/450kW |
| 設(shè)備型號 | IMV-A5-D6/0065-0 |
| 額定功率 | 500kW |
| 額定容量 | 630kVA |
| 輸入電壓 | 6kV |
| 輸出電壓 | 0～6kV |
| 輸出電流 | 0～65A |
| 生產(chǎn)廠商 | 上海億思特電氣股份有限公司 |
| 旁路柜型號 | IMV-A5-D6/0065-PL |
| 生產(chǎn)廠商 | 北京紫微電力設(shè)備有限公司 |
2、 一次主回路方案
據(jù)客戶需求，綜合考慮客戶現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，以及產(chǎn)品的先進(jìn)性、可靠性和高性價(jià)比，選用IDrive2000系列高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。
為了充分保證系統(tǒng)的可靠性以及設(shè)備的利用率，變頻器配置方案采用“一拖一手動”方式，即一臺電機(jī)配置一套變頻裝置，任何一臺電機(jī)都可工作在變頻運(yùn)行狀態(tài)或工頻運(yùn)行狀態(tài)，彼此獨(dú)立，互不影響；其原理圖如下：
圖4：手動旁路柜方案示意圖
原理說明：
對于6kV設(shè)備，QF1為上級用戶高壓柜開關(guān)， QS為高壓隔離刀閘，QS1、QS21、QS22構(gòu)成旁路部分。QS1與QS22閉合，QS21斷開，電機(jī)以變頻方式運(yùn)行；QS1與QS22斷開，QS21閉合，電機(jī)以工頻方式運(yùn)行。其中QS21與QS1、QS22嚴(yán)格“五防”互鎖。
當(dāng)變頻器出現(xiàn)需要維護(hù)時(shí)，旁路切換完成后，電機(jī)以工頻運(yùn)行方式時(shí)，不影響用戶的正常生產(chǎn)；當(dāng)變頻器進(jìn)行維護(hù)完成后，重新將電機(jī)切換到變頻運(yùn)行方式，操作簡單、可靠。
四、高壓變頻器節(jié)能改造情況
1. 現(xiàn)場技術(shù)數(shù)據(jù)：
改變頻后比工頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)對比表：
| 運(yùn)行參數(shù) | 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（FV1001）開度 | 30%-45% | 100% |
| 入口壓力 | 1.30MPa | 1.30MPa |
| 出口壓力 | 1.89MPa | 1.48MPa |
| 壓力差 | 0.5MPa | 0.08MPa |
| 出口流量 | 20190m3/h | 8455m3/h |
------------------公式①
計(jì)算數(shù)據(jù)如表4.1
2) 計(jì)算變頻調(diào)節(jié)輸入功率
計(jì)算公式同“公式①”
3) 計(jì)算“節(jié)電率”
4) 計(jì)算“節(jié)約電費(fèi)”
五、電機(jī)變頻改造后的運(yùn)行情況
采用變頻調(diào)速后，帶來的最大好處有以下幾點(diǎn)：
1.電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動，電機(jī)啟動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動時(shí)間相應(yīng)延長，對電網(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。從而減輕了起動機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(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。
圖5：20013年3月1日高壓變頻器運(yùn)行參數(shù)
4. 功率因數(shù)由原來的0.8左右提高到0.95以上，不僅省去了功率因數(shù)補(bǔ)償裝置，而且減少了線路損耗；
六、結(jié)論
我公司通過對循環(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)行過程中出現(xiàn)的啟動困難問題，改善了生產(chǎn)工藝，延長了生產(chǎn)工藝，延長了設(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的進(jìn)一步成熟，將會有越來越多的設(shè)備列入改造之列，為國家的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。
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