菱科變頻器在儲油庫輸油泵的節(jié)能應(yīng)用 前言: 在油庫經(jīng)營生產(chǎn)過程中,輸油 泵在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中是日均使用頻率最高的設(shè)備,而大部分油庫的輸油 泵啟動方式都采用星三角啟動,由于星三角啟動方式對電機(jī)和油 泵的沖擊性加大,造成油 泵軸承摩損加速和噪音增大等諸多弱點,以下為本公司在改造中煤秦皇島儲運(yùn)中心化奧油庫輸油時,所得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 關(guān)鍵字:變頻器 輸油 泵 節(jié)能 一、化奧油庫37KW輸油 泵現(xiàn)在的運(yùn)行狀況 化奧油庫輸油 泵由4臺37KW立式油 泵組成,主要承擔(dān)4個工作臺中的8個裝油點來向運(yùn)油車進(jìn)行計量裝油工作。每個裝油點的管道設(shè)計輸出流量為每小時60立方,37KW輸油 泵每小時流量為180立方,一臺輸油 泵承擔(dān)一個工作臺2個裝油點的注油工作任務(wù)(分別為1號 閥門和2號 閥門, 閥門打開向運(yùn)油車注油);而實際生產(chǎn)運(yùn)營中大部份時間只開啟一個出油 閥門,二臺裝油車同時裝油很少,原來設(shè)計37KW的輸油 泵時是為二臺裝油車同時作業(yè)而設(shè)計,但開啟一個 閥門時,也要滿負(fù)荷工作,滿負(fù)荷工作時油 泵輸出流量能到達(dá)每小時180立方,最終實際使用時才需要它的三分之一流量就能滿足生產(chǎn)要求,通過對整個輸油系統(tǒng)的工作原理分析,原有的輸油 泵運(yùn)行原理存在以下幾點問題: 1、37KW輸油 泵的輸出流量過大,在開啟一個出油閥時只需要輸油 泵的三分之一流量,輸油 泵每次開啟都滿負(fù)載180立方輸出運(yùn)行,這樣油 泵和管道產(chǎn)生很大壓差,形成渦壓,管道壓差加大時導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大,電流上升,造成電能浪費(fèi)。 2、油 泵由于輸出容積大而實際管道輸送容積小,這樣的工作環(huán)境下,輸油 泵運(yùn)行中產(chǎn)生了大量的無用功耗,也大大縮短了輸油 泵電機(jī)的使用壽命,加大設(shè)備維護(hù)成本。 綜合以上的工作背景,有必要對輸油 泵電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行升級,利用變頻器 調(diào)速器來運(yùn)行輸油 泵,以得到流量和壓力可調(diào),根據(jù)實際需求的流量和壓力來自動控制輸油 泵系統(tǒng)。 二、輸油 泵系統(tǒng)采用變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)原理 油 泵在原有的工作特性為電機(jī)啟動以50Hz運(yùn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為1420r/min轉(zhuǎn),輸出流量180立方,轉(zhuǎn)速與流量壓力成正比,如圖所示: 
我們從上圖可以看出,通過油 泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化,流量也隨著轉(zhuǎn)速降低而降低,所以只有使用變頻器才能使油 泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速變成自由可調(diào),同時也使油 泵的流量和壓力可調(diào),通過變頻的調(diào)節(jié)來達(dá)到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝要求。我們采用北京中達(dá)菱科電氣有限公司生產(chǎn)的菱科LK600P系列油 泵專用變頻器,來提高輸油 泵的工作特性,而且充分利用變頻器的調(diào)速功能來實現(xiàn)流量和壓力可調(diào),以任意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來達(dá)到目的,同時也起到節(jié)約電能、廷長油 泵電機(jī)的使用壽命,環(huán)保節(jié)能是本項目的初衷。 輸油 泵通過變頻運(yùn)行的節(jié)能依據(jù)?---變頻的工作原理在這就不做詳細(xì)介紹,我們通過下圖表進(jìn)行對比可以看出,變頻運(yùn)行時的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,電機(jī)負(fù)載電流也隨著變化。當(dāng)然由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低變頻輸出電壓也隨即降低,通過電壓降低,油 泵的負(fù)荷電流也同樣降低。下面所述的數(shù)據(jù)是本公司在現(xiàn)場電機(jī)運(yùn)行所測的實際數(shù)據(jù)。圖2:表為37KW輸油工頻運(yùn)行時的電機(jī)負(fù)載電流,表1:為37KW輸油 泵在變頻運(yùn)行時的油 泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行電流以及在任意轉(zhuǎn)速時的流量變化。 圖2: 37KW輸油工頻運(yùn)行時的電機(jī)負(fù)載電流 
表1:37KW輸油 泵在變頻運(yùn)行時的不同速度 負(fù)載電流和流量的變化值。 | 工頻運(yùn)行時電流 A | 變頻運(yùn)行時電機(jī)轉(zhuǎn)速成 (Hz. r/min) | (A) | (立方) | Y225M-4 37KW | 74A | 50Hz-1420r/min | 74A | 173 | 45Hz-1278r/min | 61A | 158 | 40Hz-1136r/min | 51A | 123 | 37Hz-1050r/min | 49.5A | 117 | 35Hz-994r/min | 48A | 110 | 33Hz-937r/min | 47.5A | 107 | 30Hz-852r/min | 45A | 90 | 25Hz-710r/min | 43A | 71 | 20Hz-568r/min | 43A | 40 |
現(xiàn)場數(shù)據(jù):化奧油庫一臺37KW油 泵供給一個工作臺二個注油閥工作,一個注油閥設(shè)計輸出流量為60立方,二個同時打開時,流量在120立方能滿足生產(chǎn)要求,怎樣實現(xiàn)一個注油閥打開,變頻器只需輸出一個60立方的準(zhǔn)確流量?在以下解決方案中詳細(xì)講解。當(dāng)為一臺運(yùn)油車進(jìn)行注油工作時,變頻器以25Hz運(yùn)轉(zhuǎn),電機(jī)電流為43A,可以節(jié)約電流51A,節(jié)電率在60%以下。打開二個注油閥為二臺運(yùn)油車注油時,變頻器的工作頻率為35Hz,電機(jī)電流48A,節(jié)約電流26A,節(jié)電率在40%以下。 從上列表和現(xiàn)場數(shù)據(jù)來分折中煤秦皇島儲運(yùn)中心化奧油庫現(xiàn)有輸油 泵工作原理,我可以看到變頻器在運(yùn)行油 泵時起到的作用,通過變頻控制輸油 泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速,使油 泵輸出一個合理的流量和壓力以滿足生產(chǎn)要求,同時也大大降底電機(jī)的負(fù)荷電流,節(jié)能非常明顯。 三、變頻器控制方式 變頻器的作用是為電機(jī)提供可變頻率的 電源,實現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速,從而使管網(wǎng)油壓連續(xù)變化。壓力 變送器的任務(wù)是檢測管網(wǎng)的流量和壓力,流量和壓力的設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的流量和壓力的期望值。流量和壓力的設(shè)定信號通過4-20mA電流反饋信號輸入變頻器后再經(jīng)變頻器內(nèi)部 PID控制程序的計算,輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號,變頻器接收到4-20mA電流信號時開始工作,先啟動輸油 泵電機(jī),使管網(wǎng)流量油壓達(dá)到設(shè)定值,之后變頻器的輸出頻率隨著流量和壓力到達(dá)頂點時,變頻器轉(zhuǎn)速開始下降,直至保持管網(wǎng)壓力和流量輸送在符合生產(chǎn)要求的所需要預(yù)定值內(nèi)。當(dāng)輸油量增加或開啟二個出油閥時管網(wǎng)壓力減弱,壓力 變送器將這一信號處理成4-20mA信號送入變頻器,(注:變頻器是根據(jù)4-20mA電流值大小來決定輸出頻率的大小,頻率大小就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速高與低),變頻器頻率開始回升,使變頻器的輸出頻率上升,油 泵的轉(zhuǎn)速提高,流量和壓力相應(yīng)上升,如果注油輸出流量增加很多,變頻器的輸出頻率將達(dá)到******值50Hz,以上依據(jù),通過變頻的內(nèi)置 PID控制能使整套供油系統(tǒng)操作性更強(qiáng),大大減少勞動密度。 由于整個化奧油庫的電氣系統(tǒng)采用上位機(jī)集控制,輸油 泵電機(jī)采用軟啟動方式啟動,輸油 泵的啟動、停止、分別為集中控制和機(jī)旁控制,操作臺為二個吏密斯電磁閥,利用電磁閥的開關(guān)來承擔(dān)給運(yùn)油車注油工作,吏密斯電磁閥帶有 流量計量和壓力變送功能,能為變頻器提供一個4—20MA變送信號輸出,壓力變送值可自由設(shè)定大小,所設(shè)定的變送值對應(yīng)4-20MA輸出。當(dāng)菱科變頻器的4-20mA信號輸入接口收到壓力 變送器傳送的電流信號時,根據(jù)信號源大小再通過變頻器內(nèi)置的 PID控制計算,能自動完整地使輸油 泵在預(yù)定的流量壓力內(nèi)工作,來達(dá)到本生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝要求。 四、系統(tǒng)方案 在油庫經(jīng)營生產(chǎn)過程中,輸油 泵在整個系統(tǒng)中屬于非常重要的生產(chǎn)設(shè)備,要求變頻器能長時間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),應(yīng)具備的性能外更要有極高的可靠性,在了解現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝特點并結(jié)合本設(shè)計方案,本系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)具備適應(yīng)現(xiàn)場操作性能,并完全能與原來的電氣系統(tǒng)互相兼容,做到按原有控制特性不變;本系統(tǒng)設(shè)計時具備以下功能: 1、 變頻系統(tǒng)與原動力柜的工頻軟啟動器系統(tǒng)能手動自由切換。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障,可以手動切換到原動力柜的工頻軟啟動,當(dāng)變頻系統(tǒng)維修期間,原軟啟動器系統(tǒng)能正常保障輸油 泵的運(yùn)行工作,滿足油庫的正常生產(chǎn)。 2、 變頻系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的調(diào)節(jié)采用 PID閉環(huán)控制環(huán)方式,根據(jù)流量壓力變送4-20mA的信來決定變頻器的輸出頻率,這樣保障輸油系統(tǒng)的安全運(yùn)行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動化更強(qiáng)。 3、考慮到現(xiàn)場的工作環(huán)境和設(shè)備的安全, 變頻控制柜面板不宜設(shè)置過多的顯示設(shè)備,只配置軟啟動器與變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)、運(yùn)行 指示燈、變頻運(yùn)行故障燈、變頻操作顯示面板,使變頻器的運(yùn)行參數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速一目了然,極大地方便了現(xiàn)場操作人員的操作和對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。 4、 變頻系統(tǒng)設(shè)置6位的密碼,可將變頻器的運(yùn)行參數(shù)鎖定保護(hù),確保變頻輸油系統(tǒng)不在人為的錯誤操作下造成輸油 泵停機(jī),實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。 5、 變頻器采用獨(dú)立配線供電,杜絕電磁對設(shè)備相互干擾,保證設(shè)備的安全運(yùn)行。 6、變頻系統(tǒng)對輸油 泵電機(jī)實行軟啟、軟停,減少了啟動過程中對電網(wǎng)沖擊,改善供電質(zhì)量同時也延長了輸油 泵電機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)周期,由于使用變頻后與原來相比電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,低速運(yùn)行對油 泵軸、 軸承的磨損程度減少,這將大大延長輸油 泵的 軸承,機(jī)械密封等易損件的壽命。 五、工程造價 本項目由4臺37KW 輸油 泵組成,變頻器選用4臺37KW菱科LK600P系列油 泵專用型變頻器,整個項目造價如下表: 序號 | 產(chǎn)品型號 | 數(shù)量 | 單價RMB | 總金額RMB | 工程總造價RMB | 1 | 菱科LK600P-037T4 37KW變頻器 | 4 | 17800.00 | 71200.00 | 129900.00 | 2 | 變頻柜GPT | 4 | 4300.00 | 17200.00 | 3 | 轉(zhuǎn)換開關(guān)、 指示燈、智能反饋卡 | 4 | 5300.00 | 21200.00 | 4 | 控制線和主電機(jī)電纜 | 1 | 12000.00 | 12000.00 | 5 | 現(xiàn)場接線施工費(fèi) | 1 | 8300.00 | 8300.00 |
六、投資成本收回期 4臺輸油 泵按每天工作12個小時計算,根據(jù)實測的平均節(jié)電率40%(此數(shù)據(jù)為其它工程的實值,不代表本項目的準(zhǔn)確數(shù)據(jù))4個月可回收所有投資。 七、結(jié)束語 在整個油庫生產(chǎn)經(jīng)營過中,輸油 泵是整系統(tǒng)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié),也是整個運(yùn)作系統(tǒng)中的用電大戶,對輸油 泵進(jìn)行節(jié)能降耗有一定的必要性,當(dāng)前對輸油 泵進(jìn)行節(jié)能降耗的有效技術(shù)途徑是采用變頻器,利用變頻調(diào)速功能來改善輸油 泵工作效能。在整個系統(tǒng)實施運(yùn)行過程中,變頻器不只對整個系統(tǒng)進(jìn)行一次智能升極外,更使整個生產(chǎn)操作過程更體現(xiàn)人性化、智能自動化,同時也產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,比如油 泵使用周期廷長,維護(hù)費(fèi)用減少等等,相信本項目的受益者比項目實施者更有體會。 作者:張小蓮 職位:電氣工程師 現(xiàn)任職于:北京市中達(dá)菱科電氣科技有限公司 電話:010-63833812 郵箱:3365115@163.com |