變頻調(diào)速在石化企業(yè)循環(huán)水溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了石化企業(yè)冷卻塔風(fēng)機(jī)上使用變頻器，使變頻風(fēng)機(jī)和工頻風(fēng)機(jī)配合運(yùn)行，調(diào)節(jié)風(fēng)量來精確地控制循環(huán)水溫度，同時降低能耗。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水；風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速器 PLC

前言

變頻調(diào)速以其優(yōu)異的性能，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。石化企業(yè)的冷卻塔負(fù)責(zé)生產(chǎn)裝置循環(huán)水的冷卻工作，冷卻效果的好壞直接影響到生產(chǎn)裝置產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行效率。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是石油化工行業(yè)的一個主要耗能系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)耗電總量一般占總電量的15%～20%，由于循環(huán)水系統(tǒng)存在的設(shè)計(jì)余量較大及設(shè)備老化等方面情況，造成循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行非最優(yōu)運(yùn)行方式，存在進(jìn)行整體節(jié)能挖潛和節(jié)能改造的潛力和必要。2014年，在循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)上安裝2臺變頻器，變頻風(fēng)機(jī)和工頻風(fēng)機(jī)配合運(yùn)行，通過PID閉環(huán)來控制水溫，解決了水溫波動大的問題，并降低了能耗。

1.循環(huán)水冷卻塔運(yùn)行情況

天津石油化工生產(chǎn)裝置用的循環(huán)水由6座冷卻塔組成冷卻系統(tǒng)，每座冷卻塔有一臺風(fēng)機(jī)，配套功率200 kW，轉(zhuǎn)速127r/min。循環(huán)水經(jīng)過生產(chǎn)裝置換熱后，溫升約為（6—10）℃，經(jīng)過地下管道匯集到總管，然后分6路上各個冷卻塔頂部，在冷卻塔中經(jīng)風(fēng)機(jī)冷卻后，匯集到吸水池，再經(jīng)水泵升壓后送至生產(chǎn)裝置。

根據(jù)設(shè)計(jì)，循環(huán)水冷卻后的回水溫度低于32℃即可滿足生產(chǎn)需要。由于華北地區(qū)四季、晝夜溫差大，經(jīng)常需要調(diào)整增減風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺數(shù)的方法來調(diào)整冷卻塔風(fēng)量。通過開停風(fēng)機(jī)控制水溫，水溫波動大，溫度變化滯后；風(fēng)機(jī)開停頻繁，對電機(jī)和電網(wǎng)造成沖擊。另外，經(jīng)常出現(xiàn)多開一臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量富余，少開一臺風(fēng)機(jī)風(fēng)量不足的情況，由于多開一臺風(fēng)機(jī)造成能耗的浪費(fèi)。

2.變頻控制系統(tǒng)的工作特性

2.1變頻控制系統(tǒng)的工作特性

在兩臺循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)上安裝變頻器，綜合優(yōu)化控制程序和調(diào)速控制設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)要求水溫、環(huán)境溫度變化、風(fēng)機(jī)氣動性能、冷卻塔填料冷卻性能，葉片工作狀態(tài)等影響因素，優(yōu)化控制循環(huán)水系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行，對部分風(fēng)機(jī)調(diào)速控制，對部分風(fēng)機(jī)啟停控制，達(dá)到節(jié)能效果的優(yōu)化。

對風(fēng)機(jī)重要承載件葉片和傳動軸進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和故障預(yù)警報(bào)警，在葉片和傳動軸即將斷裂時，及時發(fā)出報(bào)警信號并可預(yù)置自動停機(jī)，防止斷裂的葉片和傳動軸打壞相關(guān)設(shè)施而造成的損失。并具有風(fēng)機(jī)的驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行電流分析和監(jiān)控軟硬件系統(tǒng)、減速箱油溫油位監(jiān)控報(bào)警功能。保證安全生產(chǎn)，減少停機(jī)檢修時間和人力物力消耗，增加效益。

2.2變頻系統(tǒng)控制方案介紹

在回水總管上安裝雙頭輸出的熱電偶，一路送到溫度測量儀表，一路經(jīng)溫變轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)信號，送入PLC，在PLC的PLD中與設(shè)定值比較運(yùn)算后，將調(diào)節(jié)信號送到變頻器來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在所需風(fēng)量增加，變頻器增大輸出頻率，當(dāng)增加到設(shè)定的高限值時，變頻器給出信號到PLC，PLC自動給出信號來投運(yùn)一臺工頻風(fēng)機(jī)。反之，在所需風(fēng)量減少時，變頻器減少輸出頻率，當(dāng)減少到設(shè)定的低限值，變頻器出信號到PLC，可人工或由PLC自動來停一臺工頻風(fēng)機(jī)。

一臺風(fēng)機(jī)的開停，對水溫的影響在1℃到1.5℃，要想充分發(fā)揮變頻器的節(jié)能作用，必須精確控制水溫。循環(huán)水系統(tǒng)從控制上講，是一個慣性滯后系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)的開停和轉(zhuǎn)速的變化，在半小時后才能在測溫系統(tǒng)中反映出來，如此長的滯后時間，一般的PID調(diào)節(jié)器根本無法完成控制。根據(jù)冷卻塔的實(shí)際運(yùn)行狀況，建立控制數(shù)學(xué)模型，在PLC的PLD中建立預(yù)估器，在PID運(yùn)算中預(yù)先考慮到變化提前控制，將循環(huán)水溫度波動控制在±0.5℃。

2.3變頻系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

兩臺變頻控制柜安裝在配電間，原風(fēng)機(jī)控制柜仍保留，并于變頻柜互鎖，在變頻系統(tǒng)萬一發(fā)生故障時，用原控制柜控制。循環(huán)水控制室安裝一臺操作控制盤，PLC裝在盤內(nèi)，操作控制盤上可顯示水溫、電機(jī)的電流、變頻器輸出頻率、故障報(bào)警、上下限頻率提示等，操作控制盤上還有啟停按鈕、自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)等。可在控制盤上啟停風(fēng)機(jī)也可在冷卻塔現(xiàn)場操作，當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，可轉(zhuǎn)換到手動位置，用盤上的頻率調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)頻率。另外，變頻控制柜由防晃電功能，采用延時自啟動方式，在短暫斷電10秒內(nèi)來電，變頻系統(tǒng)自啟動。

自診斷功能。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生事故時擾動時， 其事故信息首先進(jìn)入寄存器，能在盤上顯示欠電壓、控制模塊故障、輸入保險絲斷、上位機(jī)的接口故障、接地故障、電路缺相、電路短路、電機(jī)過載、過流、過壓、過熱等事故狀態(tài)，以使維修人迅速檢修，同時有音響報(bào)警及事故解除裝置。

3.應(yīng)用效果分析

3.1水溫恒溫控制。

采用變頻器加PLC的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水恒溫控制。工藝要求將水溫控制在28℃，通過實(shí)際運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，水溫在（28±0.5）℃波動，達(dá)到了工藝要求。

3.2節(jié)能效果明顯。

采用水溫恒溫控制后，一方面減少了冷卻塔風(fēng)機(jī)在工藝要求溫度以下的運(yùn)行時間，減少了能源浪費(fèi)。另一方面，2臺變頻風(fēng)機(jī)在較低頻率下運(yùn)行，大大減少了風(fēng)機(jī)功率消耗。

一臺200KW冷卻塔風(fēng)機(jī)在變頻工況下可運(yùn)行7個月，每年節(jié)電38.55萬kW ·h，二臺風(fēng)機(jī)一年節(jié)能77.13萬kW ·h。

參考文獻(xiàn)：

[1]佟純厚.近代交流調(diào)速[M].北京：冶金工業(yè)出版社

[2]胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

作者簡介：張慶華，職務(wù)職稱：高級工程師。