加壓機(jī)高壓變頻節(jié)能改造與實(shí)踐

歐志平

（湖南衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司 湖南衡陽(yáng) 421001）

加壓機(jī)高壓變頻節(jié)能改造與實(shí)踐

歐志平

（湖南衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司 湖南衡陽(yáng) 421001）

華菱衡鋼采用高壓變頻技術(shù)對(duì)加壓機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，減少煤氣加壓機(jī)大回流運(yùn)行方式下的能耗，利用壓力設(shè)定自動(dòng)跟蹤管道壓力變化，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行加壓機(jī)轉(zhuǎn)速提高供氣的穩(wěn)定型、經(jīng)濟(jì)性。

煤氣加壓機(jī)；節(jié)能；高壓；變頻；自動(dòng)控制

引言

煤氣加壓機(jī)在鋼鐵行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，一般情況下煤氣加壓機(jī)輸出能力有較大余量，加壓后的多余煤氣經(jīng)回流旁通閥流回加壓機(jī)前端入口，大量的能源被無(wú)謂的浪費(fèi)掉，且回流旁通閥的調(diào)壓能力較差，甚至有喘振的危險(xiǎn)。為了解決上述問(wèn)題，華菱衡鋼對(duì)加壓機(jī)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造，確保運(yùn)行狀況及經(jīng)濟(jì)性能同步提升。

1 加壓機(jī)使用現(xiàn)狀

1.1 工藝描述

加壓系統(tǒng)配置4臺(tái)10kV/630kW煤氣加壓機(jī)，根據(jù)用戶(hù)負(fù)荷2用2備或1用3備，正常運(yùn)行時(shí)利用調(diào)節(jié)進(jìn)口閥門(mén)和回流閥的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)供氣量和供氣壓力。

1.2 電機(jī)與加壓機(jī)參數(shù)

電機(jī)型號(hào)：YB630S2-2，額定功率：630kW，額定電壓：10kV；

額定電流：43.2A，功率因數(shù)：0.89，額定轉(zhuǎn)速：2985r/min；

1.3 工藝分析

加壓機(jī)額定電流為43.2A，由于煤氣供給負(fù)荷經(jīng)常變化，加壓機(jī)運(yùn)行時(shí)電流經(jīng)常在25～35A之間波動(dòng)，經(jīng)濟(jì)效能較低，達(dá)不到最大程度的節(jié)能及精確的工藝控制目標(biāo)，有較大節(jié)能空間。

2 方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

2.1 技術(shù)方案制定及分析

煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)是負(fù)載可變系統(tǒng)，它受終端生產(chǎn)量變化的直接影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)的負(fù)載特性曲線(xiàn)不斷變化。

可通過(guò)實(shí)時(shí)采集煤氣加壓機(jī)系統(tǒng)供氣總管網(wǎng)壓力參數(shù)，經(jīng)A/D變換后送到智能控制器，經(jīng)PID運(yùn)算和模糊控制，智能調(diào)控煤氣加壓機(jī)恒定的壓力，使拖動(dòng)電機(jī)的輸出功率始終與系統(tǒng)的負(fù)荷變化相匹配，當(dāng)末端煤氣用量增大、管網(wǎng)壓力有下降趨勢(shì)時(shí)，智能控制系統(tǒng)自動(dòng)加大加壓機(jī)轉(zhuǎn)速，增大煤氣輸送量，滿(mǎn)足用氣的需求；反之，智能控制系統(tǒng)自動(dòng)降低加壓機(jī)轉(zhuǎn)速，減少煤氣輸送量，使供氣管網(wǎng)壓力基本保持恒定，并達(dá)到節(jié)電的目的。

采用變頻控制時(shí)，電機(jī)運(yùn)行功率曲線(xiàn)分析如圖1所示。

試論許淵沖翻譯的文化立場(chǎng)與使命擔(dān)當(dāng) …………………………………………………………… 祝一舒（5.57）

圖1 運(yùn)行曲線(xiàn)分析圖

2.2 主線(xiàn)路設(shè)計(jì)

為了減少投資，以及日后檢修便利，本系統(tǒng)安裝1套2臺(tái)變頻節(jié)能裝置，采用一拖二的模式同步同頻運(yùn)行，1#變頻節(jié)能裝置控制1、2#電機(jī)，2#變頻節(jié)能裝置控制3、4#電機(jī)。

主線(xiàn)路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 主線(xiàn)路示意圖

2.3 設(shè)計(jì)原理說(shuō)明

變頻裝置具有工/變頻手動(dòng)/自動(dòng)切換功能；為保證設(shè)備系統(tǒng)工作的連續(xù)性，保留了原有工頻控制方式。同時(shí)，為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器同時(shí)加裝工頻旁路裝置。變頻器異常時(shí)，變頻器不能正常運(yùn)行，電機(jī)可以自動(dòng)切換或手動(dòng)切換到工頻運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，以保證生產(chǎn)的需要。

其中，K1～K3為1#柜內(nèi)真空接觸器，QS1～QS2為 1#柜內(nèi)刀閘，K4～K6為2#柜內(nèi)真空接觸器，QS3～QS4為2#柜內(nèi)刀閘。

K2、K3電氣互鎖，當(dāng)變頻器故障不能運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)分K2、K1，合K3。

K5、K6電氣互鎖，當(dāng)變頻器故障不能運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)分K5、K4，合K6。

為保證檢修安全，系統(tǒng)K1與K4，K2與K5均采用電氣互鎖，變頻到工頻切換時(shí)間約為5s。

2.4 設(shè)備主要技術(shù)性能

（1）變頻系統(tǒng)按電機(jī)額定容量120%配置，變頻裝置額定電流大于電機(jī)的額定電流。輸入電源為10kV、50Hz，用于對(duì)煤氣加壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，滿(mǎn)足和電動(dòng)機(jī)配套使用。在50～100%的調(diào)速范圍內(nèi)，變頻系統(tǒng)在不外加任何功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)那闆r下輸入端功率因數(shù)達(dá)到0.95以上。

（2）變頻系統(tǒng)輸出波形為正弦波，不會(huì)引起電機(jī)的諧振，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小于0.1%，變頻器可自動(dòng)跳過(guò)共振點(diǎn)，避免風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象。變頻系統(tǒng)自身效率達(dá)到98%以上，節(jié)能裝置整個(gè)系統(tǒng)的效率在額定負(fù)載條件下達(dá)到96%以上，對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)應(yīng)有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在-15～10%電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)滿(mǎn)載輸出。

（3）變頻系統(tǒng)設(shè)置以下保護(hù)：過(guò)壓、過(guò)電流、欠壓、缺相保護(hù)、短路保護(hù)、超頻保護(hù)、失速保護(hù)、變頻器過(guò)載、電機(jī)過(guò)載保護(hù)、半導(dǎo)體器件的過(guò)熱保護(hù)、瞬時(shí)停電保護(hù)等，并能聯(lián)跳輸入側(cè)10kV開(kāi)關(guān)。

（4）節(jié)能裝置包含滿(mǎn)足需求的多種開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，開(kāi)關(guān)量的外部接點(diǎn)全部為無(wú)源接點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出模件應(yīng)具有電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接啟動(dòng)任何中間繼電器，在節(jié)能裝置設(shè)定為“遠(yuǎn)控”時(shí)，模擬量輸入信號(hào)AI可以接受遠(yuǎn)方調(diào)速的4～20mA模擬量指令，在節(jié)能裝置中可任意設(shè)定4～20mA對(duì)應(yīng)的頻率范圍。

3 節(jié)能改造后效果分析

（1）改造后，加壓機(jī)電機(jī)和風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，振動(dòng)值處于正常范圍，且變頻器為軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流小，對(duì)機(jī)組的機(jī)械沖擊也大幅度減小。日常運(yùn)行期間，自動(dòng)恒壓調(diào)頻，加壓機(jī)回流閥保持全關(guān)，無(wú)需人工調(diào)節(jié)。

（2）節(jié)電效果明顯

通過(guò)在相同的運(yùn)行工況、相同的使用條件下經(jīng)公司計(jì)量專(zhuān)業(yè)人員使用專(zhuān)業(yè)計(jì)量設(shè)備，分時(shí)段對(duì)工頻狀態(tài)下和節(jié)能狀態(tài)下運(yùn)行情況進(jìn)行對(duì)比測(cè)量，節(jié)電效果明顯，煤氣加壓機(jī)節(jié)能率約為25.3%（投運(yùn)后通過(guò)跟蹤運(yùn)行得到驗(yàn)證）。

年節(jié)電量估算（度）=年總用電量（萬(wàn)度）×25.3%=123.16萬(wàn)度（參考數(shù)：2015年1～12月四臺(tái)加壓機(jī)總耗電量486.79萬(wàn)度，電價(jià)0.65元/度）。

年節(jié)電款（萬(wàn)元）=年節(jié)電量（度）×電費(fèi)單價(jià)（度/元）=80萬(wàn)元。（不同時(shí)期供氣量有所變化，用電總量不同，節(jié)電效益相應(yīng)變化）。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次變頻節(jié)能改造充分考慮了生產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化、系統(tǒng)安全性、現(xiàn)場(chǎng)控制便捷等因素，通過(guò)采集各種運(yùn)行信號(hào)，運(yùn)用傳統(tǒng)PID控制，根據(jù)“跟隨負(fù)荷同步”理論，應(yīng)用成熟的變頻調(diào)控技術(shù)和節(jié)能調(diào)控技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，調(diào)控拖動(dòng)電機(jī)輸出功率與實(shí)際負(fù)荷需求相匹配，通過(guò)調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行，改造后整套裝置實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行狀況完全符合生產(chǎn)工藝的技術(shù)要求，節(jié)能效果明顯，達(dá)到了改造目的。

[1]上海聯(lián)達(dá)節(jié)能科技有限公司LDJ-GN-10kV/630節(jié)能裝置技術(shù)規(guī)格書(shū).2012.

[2]陳宏.LDJ-GS-45型節(jié)能裝置在渣漿泵上的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，04.

TF083

A

1004-7344（2016）32-0246-02

2016-10-28

歐志平（1982-），男，工程師，本科，主要從事電氣技術(shù)及設(shè)備管理方面的工作。