荊門石化洪湖首站的輸油泵拖動電機功率為630kW,電壓等級為6000V。從輸油泵運行狀況看,泵在額定轉速(工頻運行)下運行時,所能輸送的液量遠大于實際需要輸送的液量。原來工頻運行時,只能靠調節出口閥門開度來調節所輸液量,造成閥門前后壓差增大,產生較大的節流損耗。電機由于只能在50Hz下定速運行,能量損失較大。同時,由于出口閥門閥">

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技術頻道

洪湖首站輸油泵變頻調速的應用報告

荊門石化洪湖首站的輸油泵拖動電機功率為630kW,電壓等級為6000V。從輸油泵運行狀況看,泵在額定轉速(工頻運行)下運行時,所能輸送的液量遠大于實際需要輸送的液量。原來工頻運行時,只能靠調節出口閥門開度來調節所輸液量,造成閥門前后壓差增大,產生較大的節流損耗。電機由于只能在50Hz下定速運行,能量損失較大。同時,由于出口閥門閥前壓力遠大于閥后壓力,使得油泵極易出現密封損壞和機泵損耗,經常造成泄漏停泵,給生產造成很大影響。
一、調速節能原理分析
圖1 為典型的油、水泵機械在不同轉速時的輸出特性曲線。


圖中,H(n1),H(n2)表示調速時的Q = f(H)曲線,R1,R2表示閥門調節時的管路阻力曲線,閥門控制時Q ® Q1,A ® B,HA ® HB,閥門控制時功率消耗P1由0HBBQ1表示,調速時功率消耗P2由0HCCQ1表示,若P1 > P2則可以表明,調速時功率消耗遠小于閥門節流時的功率消耗,根據相似原理:
Q1 / Q2 = n1 / n2 H1 / H2 = (n1 / n2)2 P1 / P2 = (n1 / n2)3
由上式可知,當轉速下降1/2時,流量下降1/2,壓力下降1/4,功率下降1/8,即功率與轉速成3次方的關系下降,如果不是用關小閥門的方法,而是把電動機轉速降下來,那么,隨著泵的輸出壓頭壓力的降低,在輸送同樣流量的情況下,原來消耗在閥門上的功率就可完全避免,這就是調速節能原理所在。簡單地說,也就是在不裝變頻調速裝置時,泵的出口排量靠出口閥控制調節,電動機易過負荷。流量小時,靠關小閥門調節,增加了泵管壓差,使部分能量白白消耗在出口閥門上。安裝變頻調速器后,可以降低泵的轉速,泵的揚程也相應降低,電動機的電耗也降低,使原來消耗在泵出口閥上的泵管壓差,用無級調速方法得到了解決。由于采用恒轉矩特性,變頻降速后的電動機轉矩不變,拖動力矩恒定,可以保證輸液量,從而實現了節約電能的作用。
二、現場使用及節能效果
為了解決洪湖首站輸油泵存在的油泵及電機故障較頻繁、影響正常生產以及能量損耗較大的現狀,我們對洪湖首站的一臺輸油泵采用德國西門子公司的西門子SIMOVERT - A系列變頻器,進行了變頻調速改造。根據生產實際需要,采用了現場起動、停止、故障復位和現場頻率給定等控制方式,并設計了變頻器故障的現場聲光報警和急停按鈕。西門子SIMOVERT - A變頻器有完善的過流、過壓、欠壓、短路等保護功能和故障自動檢測及顯示功能,可以顯示故障原因,方便了檢修及維護。為了保證生產的連續性和變頻器一旦出現故障檢修時的需要,還設計了工頻旁路。自2000年11月底,洪湖首站輸油泵變頻器投入運行至今,變頻器運行非常穩定,運行頻率穩定在39Hz左右,負載電流也從原工頻運行時的67A降到了現在的45A左右,在滿足正常輸油的情況下,不但節約了大量電能,而且減少了泵出口閥兩側的壓力之差,使泵內壓力降低,徹底消除了輸油泵因壓力過高引起的密封損壞,流體外泄的情況。
為了準確掌握變頻后負載的實耗功率,定量分析其節能效果。我們于2001年3月1日至7日對變頻泵作了數據測試,測試結果見下表 :

日期

運行頻率(Hz)

電流

電壓

變頻
顯示電流

折合到輸出
(
電機)側電流

變頻
顯示電壓

折合到輸出
(
電機)側電壓

3.1

35.8

639A

42.6A

343V

5145V

3.2

37.6

659A

43.9A

357V

5355V

3.3

39.8

703A

46.86A

375V

5625V

3.4

39.7

675A

45A

379V

5685V

3.5

42

723A

48.2A

379V

5685V

3.6

39.1

679A

45.26A

401V

6015V

3.7

39.1

701A

46.73A

373V

5595V

平均值

39

 

45.5A

 

5575.7V


未裝變頻器前:負載電流平均值為67A,電壓為6000V;
_ _
平均功率P = Ö3·V·I·Cosf = Ö3×6×67×0.86 = 598.79kW;
使用變頻器后:負載電流平均值45.5A,平均電壓為5575.7V;
67×6000 - 45.5×5575.7
節能率 DP = ————————————— ×100% = 36.89%;
67×6000
使用變頻器后節能效果如下:
節能 DP = 36.89%; _
節約電能:P = 36.89%×Ö3×6×67×0.86 = 220.89kW / h
按1kW / h電價0.4元計算:
年節電費:220.89×24×300×0.4 = 63.62萬元。
(注:變頻調速器自2000年11月底投入運行至2001年3月2日,運行頻率一直在38Hz以下,電機平均電流在44A以下,自3月3日起,由于輸油管線的原因,使得運行頻率和電機平均電流上升。)
安裝變頻調速器后,節能所帶來的效益只是其所產生效益的一方面,使用變頻調速降低了電機的啟動電流,減少對電網的沖擊,提高了油泵和電機的使用壽命,減少了維修工作量,減少了軸承和電氣元件的損壞,保證了生產的穩定和安全,而且只要配上相應的檢測儀表就可實現閉環控制。
變頻調速器是比較精密的電子電氣裝置,不宜在潮濕環境里長期空置。在不用時,應在通電條件下放置,以使變頻器柜內保持干燥,這對于變頻器的正常使用是非常重要的。
綜上所述,采用變頻調速器對于減輕機泵損耗,延長機泵價格周期和使用壽命,降低輸油電耗,保證安全平穩輸油,提高輸油自動化水平,減輕崗位工人的勞動強度,都有著很大的作用。

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