PVC生產渣漿泵電機的變頻改造效益分析

劉立華，耿慶魯（德州實華化工有限公司，山東德州253007）

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PVC生產渣漿泵電機的變頻改造效益分析

劉立華，耿慶魯
（德州實華化工有限公司，山東德州253007）

摘要：介紹了將壓濾機的渣漿供料泵由電機非調速型改成變頻器調速運行情況，改造后實現了進料壓力自動控制。既滿足了工藝要求，提高了工作效率，節(jié)約濾布投入成本，又能使電機能耗大為降低。

關鍵詞：壓濾機；濾布；渣漿泵；變頻器；節(jié)能

德州實華化工有限公司30萬t/a PVC生產裝置采用濕法電石生產工藝。電石在發(fā)生器中和水反應，產生的稀電石渣漿進入濃縮池，經過濃縮后濃渣漿泵將電石渣漿輸送到壓濾工序，經壓濾機壓濾后，電石渣濾餅含水約40%，送渣場外售。壓濾產生的母液返回乙炔發(fā)生工序循環(huán)使用。該部分循環(huán)回用水占發(fā)生器正常運行用水的85%。電石渣壓濾工序承擔著及時處理稀渣漿及返回發(fā)生器循環(huán)用水的任務。

濕法電石法PVC生產過程中，用于渣漿壓濾的板框壓濾機經常由于進料壓力需要由低到高的均勻變化。手動控制時，壓力指標波動大，造成壓濾機濾布壽命周期短、成本高；同時，壓濾機供料泵處于電動機驅動恒速運轉狀態(tài)，電能消耗高。

為確保壓濾機連續(xù)、高效、穩(wěn)定運行，該公司對濃渣漿泵4臺160 kW電機進行了變頻器技術改造，下面對渣漿泵電機的變頻改造效益進行分析。

1　電石渣漿壓濾系統現狀及存在的問題

該公司的電石渣漿壓濾系統現有XMZ800型板框壓濾機13臺。板框壓濾機是由多層濾板重疊形成的多個工作腔來實現渣漿處理。濾板為正方形，四周邊緣凸出，中部凹陷，凹陷表面有許多小溝槽，邊緣下方鉆有泄水孔，中心部位開有入料孔。每塊濾板表面套有一層濾布，是渣漿和水實現固液分離的介質。壓濾機工作時，液壓活塞缸把很多塊濾板擠壓在一起，使濾板之間周邊緊密接觸密封，中間凹陷部分形成濾室，稀渣漿由給料泵從濾板中心孔進入各濾室，在濾布兩側形成壓差，水分透過濾布由濾板表面的小溝槽流至濾板下部泄水孔排除，固體顆粒則被留在濾室中，形成濾餅，實現固液分離。

1.1進料壓力波動大，造成濾板和濾布使用周期短

實際生產過程中，板框壓濾機進料采用人工手動控制，現場操作工依靠調節(jié)每臺壓濾機的進料回流閥門來調節(jié)進料壓力和進料流量，進料壓力指標控制在0.65 MPa。由于每臺壓濾機的進料、卸料等工作進度不同，每臺壓濾機的操作人員通過自己分管的壓濾機的進料回流閥門獨立調整單機的進料壓力指標，相互干擾，造成進料總管壓力波動。壓力最高可達1.2 MPa，嚴重超過壓濾機0.8 MPa的額定工作壓力，造成濾布及框板損壞，壓濾機噴料、漏料。經常停機更換濾板和濾布，影響壓濾機有效工作時間，增加了濾板、濾布投入成本。

1.2渣漿供料泵長期處于恒速運轉狀態(tài)，電能消耗高

壓濾工序共有GMZ型濃渣漿進料泵4臺，電機功率160 kW。正常運行時，進料泵開2臺，備用2臺。運行中的渣漿供料泵處于恒速運轉狀態(tài)，操作工依靠調節(jié)泵出口閥門和進料回流閥門來調節(jié)進料壓力和進料流量，即通過人為增加阻力的辦法達到調節(jié)壓力的目的，這種節(jié)流調節(jié)方法使大量的電能消耗在閥門的截流過程中。

2　解決方案

最有效的節(jié)能措施就是采用變頻調速器來調節(jié)流量［1］。為提高壓濾機的工作效率，降低破損率，延長濾布使用周期，降低渣漿供料泵的電能消耗，降低生產成本，該公司對壓濾進料泵進行變頻自動控制改造。變頻技術通過控制給料泵電機工作頻率來改變電機轉速，從而達到穩(wěn)定給料泵出口壓力及流量的作用。由于水泵類為平穩(wěn)轉矩負載，軸功率與轉速成立方關系，所以當水泵轉速下降時，消耗的功率也大大下降，因此節(jié)能效果非常大。

2.1進料泵變頻自動控制系統控制原理

依工藝需要設定泵出口控制壓力P1，現場實際測定壓力為P2，二者的偏差△P經變頻器自帶PID模塊單元運算后，變頻器控制供料泵電機轉速，從而控制渣漿泵出口的壓力。在恒壓供料變頻控制系統中，為了保持恒壓控制，一般采用負反饋方式進行控制，也就是說，把管道上安裝的壓力信號傳感器反饋到變頻器與目標設定值進行比較，如果反饋信號小于目標信號，則控制變頻器提高頻率，反饋信號大于目標設定信號后，則控制變頻器進行降頻運行，直到反饋值和目標值相等或基本相等時，維持一個相對恒定的頻率運行，進行恒壓運行。

2.2工藝方案

對原渣漿泵不作任何改動，每臺增加1臺變頻器，泵出口增加壓力變送器1臺。變頻器自帶的PID控制模塊實現壓力指標閉環(huán)自動控制，也可通過改變頻率手控調節(jié)進料壓力。

改造后，渣漿泵給料壓力既可在0.60～0.65 MPa范圍依據壓濾機工藝需要設定，實現進料壓力自動控制，也可在0.10～0.65 MPa范圍內手動控制，實現進料壓力由低到高的無極調節(jié)，免去了頻繁操作給料閘門和回料閘門的繁重勞動。

（1）手動控制。在給料初期，進料壓力手動控制變頻器，使壓力在0.1～0.3 MPa、5～10 min后，壓濾機工作腔內已有足夠物料填充，此時入料壓力逐漸升高，當進料壓力升至0.65 MPa時，進行手動、自動無擾動投入切換，進入自動穩(wěn)壓、壓濾保壓過程。

（2）自動控制。首先，設定自動控制的目標壓力為壓濾保壓0.65 MPa，并且為了避免變頻器在目標壓力值0.65 MPa附近振蕩，首先加大積分時間I，再適當減小比例增益P。渣漿泵電機的一般運行情況是：正常保壓值0.65 MPa，此時電機電流值約100 A；當1臺（或幾臺）壓濾機打開閥門進料時，壓力突然降低到0.1 MPa左右，變頻器的壓力反饋信號使變頻器轉速上升，電動機電流達到最大值約310 A；壓力逐漸上升，變頻器轉速下降，電動機電流也降低，14 min以后，又到達正常保壓值0.65 MPa，此時電機電流值約100 A，如此過程，往復循環(huán)。

3　經濟效益

全年工作時間按8 000 h/a計。原渣漿進料壓力和流量的調節(jié)是通過人工調整壓濾機回流閥門開度，閥門頻繁開關操作，損壞較快；人工調節(jié)閥門的開關，閥門的流量特性與渣漿進料流量不能保持線形關系，使得調節(jié)過程偏差較大，影響壓濾機的運行穩(wěn)定性。采用變頻器后，用于手動調節(jié)的回流閥門全部打開，由于變頻器始終保持高精度線形調節(jié)，充分滿足了穩(wěn)定進料壓力的工藝要求。

3.1改造后運行數據分析

渣漿進料壓力變頻自動控制系統投用后，壓濾機運行效率顯著提高，單機壓濾進料時間由原來的30 min縮短為14 min；單機壓濾周期由0.9 h減少為0.7 h，單機生產效率顯著提高，濾布使用壽命明顯延長。年可節(jié)約濾布成本10.816萬元。實際記錄考察濾布損壞情況，分別記錄了技改前人工手動控制進料2 260次，損壞濾布22張；技改后變頻自動控制進料3 386次，損壞濾布18張。

技改前、后節(jié)約濾布成本數據分析見表1。

表1　技改前、后節(jié)約濾布成本數據分析表

3.2使用變頻器后的節(jié)能效果

使用變頻器后電動機實現了真正的軟啟動、軟停止，延長了電動機、水泵的使用壽命。采用變頻調節(jié)，實現了擋板、閥門全開，減少了擋板、閥門節(jié)流損失，且能均勻調壓，滿足緩慢升壓的需要，節(jié)約了大量的電能，具有顯著的節(jié)電效果。

如果電費按每度電0.6元計算，2臺電機每年電能節(jié)約597 083元，1年內即可收回投資；同時保護水泵，減少維修量，提高了生產效率。

4　結語

變頻器不僅具有對電網沖擊小，而且節(jié)能，是未來電氣行業(yè)對電動機傳動的首選調速設備。板框壓濾機的進料壓力是影響其工作效率的一個重要因素。應用變頻調速技術自動控制渣漿給料泵轉速，保持板框壓濾機給料壓力的穩(wěn)定，技術改造簡單，不需要增加太多輔助設備，操作簡便，收益大，具有廣泛的參考和推廣價值。

參考文獻：

［1］吳新東，耿忠，等.延長壓濾機濾布使用周期的研究.純堿工業(yè)，2010（02）20～22.

Electrical frequency transformation and benefit analysis of calcium carbide slurry pump motor

LIU Li-hua，GENG Qing-lu
（Dezhou Shihua Chemical Co.，Ltd.，Dezhou 253007，China）

Abstract：The transformation of frequency conversion of filter slurry pump was introduced，and automatic control of feed pressure is realized.By transformation，meet the process requirements，improve the work efficiency，save the cost and reduce the energy consumption.

Key words：filter press；cloth；slurry pump；frequency converter；energy conservation

中圖分類號：TQ051.21

文獻標識碼：B

文章編號：1009-1785（2016）05-0009-02

收稿日期：2015-11-12