菱科變頻器在儲油庫輸油泵的應(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，閥門打開向運油車注油）；而實際生產(chǎn)運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。
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)能運行升級，利用變頻器調(diào)速器來運行輸油泵，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：
油泵在原有的工作特性為電機(jī)啟動以50Hz運轉(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：
圖1： 輸油泵的工作原理分折
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)運行所測的實際數(shù)據(jù)。圖2：表為37KW輸油工頻運行時的電機(jī)負(fù)載電流，表1：為37KW輸油泵在變頻運行時的油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)運行電流以及在任意轉(zhuǎn)速時的流量變化。
圖2： 37KW輸油工頻運行時的電機(jī)負(fù)載電流
表1：37KW輸油泵在變頻運行時的不同速度 負(fù)載電流和流量的變化值。
|
油泵電機(jī)型號 |
工頻運行時電流
(A) |
變頻運行時電機(jī)轉(zhuǎn)速成
（Hz. r/min） |
油泵實際負(fù)載電流
（A） |
油泵輸出流量
（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)為一臺運油車進(jìn)行注油工作時，變頻器以25Hz運轉(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)到最大值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：
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行工作，滿足油庫的正常生產(chǎn)。
2、 變頻系統(tǒng)的運轉(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)的安全運行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動化更強(qiáng)。
2、 變頻系統(tǒng)的運轉(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)的安全運行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動化更強(qiáng)。
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