臥式螺旋卸料沉降離心機的變頻控制

徐宏偉

（錦州開元石化有限公司，遼寧錦州 121001）

1 工藝簡介

磺酸鹽回收裝置中，因為固體濾渣與溶解的磺酸鹽混合液體密度不同，可以通過3臺離心機分離出來。磺酸鹽混合液體通過蒸餾釜蒸餾得到初級品，經(jīng)由過濾器后得到高純度磺酸鹽精品，其中的固體濾渣由干燥器進行干燥處理，最后密封送到指定地點儲藏。

磺酸鹽回收裝置中承擔(dān)主要分離任務(wù)的是1臺臥式螺旋卸料沉降離心機。其工作原理：通過物料動力泵將儲罐中含濾渣的磺酸鹽溶劑打入計量罐，然后靠壓差流入抽提釜，再流入過濾裝置；過濾后物料進入1臺分離機進行分離操作，分離出的液體成分為初級液相產(chǎn)品，流入初級液相儲存器，初級品由動力泵送入次級碟片分離機，產(chǎn)生次級液相品流入緩沖罐，由泵再經(jīng)終級碟片分離機分離操作；分離出來的液相產(chǎn)品通過蒸餾釜動力泵送入換熱器進行換熱過程，最后進入蒸餾塔進行蒸餾處理，產(chǎn)生的氣體成分經(jīng)由冷卻管后成為冷卻液進入回收液儲罐，回收液經(jīng)過循環(huán)泵再打入磺酸鹽混合液體儲罐，進行循環(huán)再利用。蒸餾釜下層的液體經(jīng)蒸餾釜動力泵打進過濾儲存器，并經(jīng)過攪拌機攪拌和蒸汽加熱，通過打料泵打入壓濾機過濾，符合產(chǎn)品標(biāo)準后由成品動力泵送入成品罐中。在這一過程中，分離機與生產(chǎn)出的磺酸鹽產(chǎn)品是否符合標(biāo)準緊密相關(guān)。

2 LW355×1160-NC型分離機工作原理及特點

整個離心分離過程可以分為3步，即過濾產(chǎn)品組分、沉淀產(chǎn)品組分和分離產(chǎn)品組分，與其配套的有3種離心機。其中，負責(zé)沉淀產(chǎn)品是臥式螺旋離心機。臥式螺旋離心機有單機處理能力大、操作方便、能連續(xù)自動操作、勞動強度低、占地面積少、維護費用低等優(yōu)點，被廣泛采用。由于密度不同，含固體濾渣的磺酸鹽在離心機的作用下，通過設(shè)定轉(zhuǎn)鼓速度達到機械脫離的目的。該磺酸鹽裝置采用的是LW355×1160-NC臥式螺旋卸料沉降離心機，其轉(zhuǎn)鼓直徑355 mm，轉(zhuǎn)鼓工作長度1160 mm，轉(zhuǎn)鼓最大工作轉(zhuǎn)速4000 r/min，螺旋差轉(zhuǎn)速≤30 r/min，最大分離因數(shù)為3130，最大通過量為15 m3/h，主電機功率18.5 kW，輔電機功率為7.5 kW。

圖1 1LW355×1160-NC型離心機結(jié)構(gòu)

從圖1還可以看出該型離心機的運轉(zhuǎn)機理。錐段位于轉(zhuǎn)鼓的前端，依據(jù)磺酸鹽固液混合物中各成分的物理性質(zhì)不同，需要提前設(shè)置好離心機的轉(zhuǎn)鼓速度?；撬猁}固液混合物隨著轉(zhuǎn)鼓體的離心運動而旋轉(zhuǎn)，其中重組分顆粒在離心力的作用下留在轉(zhuǎn)鼓殼體，最后通過轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)脫離離心機，而輕組分固體顆粒及液相通過轉(zhuǎn)鼓的排流孔流出離心機。排流口位置、離心機運轉(zhuǎn)頻率、物料入口時間等，直接影響濾渣的干燥程度和濾液提煉量的百分比。

3 轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)

轉(zhuǎn)差率對處理量、停留時間和固體排出有直接影響。生產(chǎn)過程中，隨著物料組成和處理量等工藝參數(shù)的變化，需要調(diào)整轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率以滿足生產(chǎn)需要。調(diào)整轉(zhuǎn)差率的方法有：傳統(tǒng)的改變轉(zhuǎn)差率的方法是采用行星差速器，需要更換不同齒數(shù)的齒輪或帶輪，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率復(fù)雜，且為有級調(diào)速，設(shè)備不易工作在最佳狀態(tài)；采用液壓馬達調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率的方法，需要配備儲油箱、油泵以及驅(qū)動油泵電機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，密封不好、容易漏油；采用安裝渦流制動器的方法，有能耗大的缺點。為克服上述幾種轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)的缺點，采用了變頻器控制、雙電機驅(qū)動的方法，可以實現(xiàn)無級調(diào)速，達到改進臥式螺旋離心機分離效果的目的。采用變頻控制還可以實現(xiàn)電機的軟啟動，減少對電網(wǎng)的沖擊，并且還有過流、過載、過壓等保護功能。當(dāng)負載或電機出現(xiàn)異常時，變頻器能進行故障停機（圖2）。

4 硬件配置

臥式螺旋離心機采用雙電機驅(qū)動，由于正常運行中副電機發(fā)電產(chǎn)生再生電流，使變頻器主電路直流電壓過高，會引起變頻器保護動作，因此需要合理的處理再生電流。在該變頻器主電路中，P（+）和N（-）端子為主電路中間直流電壓輸出，可以連接外部制動單元和電源再生單位。為了消除再生電流，將副機變頻器的 P（+）和 N（-）與主機變頻器的P（+）和 N（-）分別相連，實現(xiàn)直流母線共用，使螺旋驅(qū)動電機發(fā)出的能量經(jīng)逆變器通過公用直流母線回送至轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動電機逆變器，充當(dāng)驅(qū)動轉(zhuǎn)鼓電機電能的一部分，不但解決了再增電流引起的保護動作的問題，而且節(jié)約能源?？紤]到變頻器的控制、故障、負載特性和主回路保護等，要確保變頻器進線相位一致、并在合適時機接通和斷開直流母線，防止故障擴大，方便故障處理。另外，還要確保在啟動過程中螺旋轉(zhuǎn)速不超過轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，即保證副機不過載。為防止這種情況發(fā)生，一方面通過副機延時啟動（即主機達到一定頻率后啟動）預(yù)防，另一方面通過設(shè)置F07功能控制兩變頻器的加速時間，使副機加速速度略低于主機加速速度，保證副機啟動中不過載。

圖2 兩變頻器分別驅(qū)動的螺旋離心機系統(tǒng)

變頻器機柜設(shè)置在非防暴器區(qū)，其電器控制原理：現(xiàn)場啟停顯示盒用于離心機的啟?？刂?，并通過P1及P2顯示主機、副機電流；主機變頻器、輔機變頻器和為空氣開關(guān)，作為2臺變頻器的進線保護裝置；24 V直流電源作為控制部分中間繼電器工作電源；兩變頻器直流母線間接觸器，在主機啟動后將兩變頻器直流母線接通；電源、主機運行、副機運行、副機過流報警均設(shè)有指示燈；2個時間繼電器，一個定值為1 min，其功能為副機過流超過1 min后自動停機并報警；另一個定值為5 s，其功能為副機啟動5 s后接通兩變頻器中間直流，實現(xiàn)直流母線共用；當(dāng)機械過載開關(guān)動作后切斷控制回路，現(xiàn)場離心機機械過載開關(guān)實現(xiàn)緊急停機；當(dāng)副機過流后蜂鳴器報警；2個斷路器，分別控制散熱風(fēng)扇和控制回路電源；4個中間繼電器分別設(shè)作指示燈；此外，電路設(shè)有1個報警復(fù)位按鈕；1個正轉(zhuǎn)運行/停止輸入接點，接點公共端；2個總報警繼電器輸出接點（在變頻器報警時切斷主控制回路，緊急停機）等。

變頻器主電源輸入接三相380 V/50 Hz，變頻器輸出分別連接離心機主、輔三相電動機。模擬量監(jiān)視輸出有1個輸出公共端（供現(xiàn)場電流指示儀表使用）2個晶體管輸出，1個公共端。2種輸出量通過設(shè)置不同參數(shù)實現(xiàn)所需功能，參數(shù)設(shè)定及實現(xiàn)功能見表1。

啟動前，根據(jù)生產(chǎn)情況通過變頻器面板分別設(shè)置主機、副機運行頻率和啟動速度，通過現(xiàn)場啟動開關(guān)接通主控回路，通過繼電器使主機變頻器輸出啟動，主機運行指示燈點亮，電機啟動；當(dāng)主機達到E21設(shè)定頻率后，通過繼電器使副機啟動，同時副機運行的指示燈亮；5 s后直流母線繼電器，兩變頻器直流母線間接觸器接通，頻率達到設(shè)定值后正常工作。

5 實際運行中常見故障及處理措施

5.1 啟機后變頻器OU1（即“加速運行過電壓”）保護動作

該報警動作原因為電動機再生電流增加，使主電路直流電壓達到電壓檢出值，保護動作。一般常見于副機變頻器，可能為時間繼電器（定值為5 s）故障，使輔機變頻器接觸器未動作，或輔機變頻器故障，直流母線未接通引起。更換時間繼電器或兩變頻器直流母線間接觸器后可以解決問題。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)置及功能

5.2 主機、副機無法啟機

生產(chǎn)中此現(xiàn)象比較常見，主要原因有：①機械過載開關(guān)故障使現(xiàn)場離心機機械過載開關(guān)斷路；②時間繼電器常閉觸點故障，使主回路斷路；③變頻器自身報警，一般由變頻器過熱、缺相、欠壓等引起。一般處理方法：先檢查變頻器有無報警信息，確認非變頻器故障后，再以主控回路為重點，逐點測量排除故障。

5.3 運行中的過流故障

此類故障一般由離心機機械故障引起電機過載所致，應(yīng)先檢查轉(zhuǎn)鼓有無卡死、傳動系統(tǒng)有無故障，然后檢查電機自身和電纜有無損壞。根據(jù)情況進行處理。

6 結(jié)束語

采用雙變頻控制的臥式螺旋離心機，不但提高了裝置生產(chǎn)的柔性、方便了生產(chǎn)調(diào)節(jié)，還具有以下優(yōu)點：①低速力矩大，啟動平穩(wěn)；②節(jié)能，直流共用母線一般情況下可節(jié)約10%～20%的電耗，在能源日益緊缺的當(dāng)下意義重大；③調(diào)整方便，適用范圍更廣。

在實際生產(chǎn)中，變頻器頻率需要人工手動設(shè)定，比較繁瑣，可以通過目前裝置使用的DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)控制變頻器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速的智能調(diào)節(jié)。