變頻循環泵調節酸浴流量的創新應用

安民

（唐山三友集團興達化纖有限公司，河北唐山 063305）

設備與控制

變頻循環泵調節酸浴流量的創新應用

安民

（唐山三友集團興達化纖有限公司，河北唐山 063305）

針對黏膠短纖維生產過程中酸浴系統閃蒸循環流量自控閥運行時間短、易損壞的難題進行分析，并提出改進方案，同時對改造后效果和變頻節電進行了分析總結。

酸浴；流量控制；變頻；節能

目前國內企業，在黏膠短纖維生產過程中，調節酸浴流量需使用較多的自控調節閥[1]，由于酸浴腐蝕性強，尤其一步提硝工藝的應用，酸浴介質中存在顆粒物，在自控調節閥動作過程中，其閥體和閥板易受磨損，進而因腐蝕損壞，故障率一直較高，備件消耗量較大，更換維修工作量大；其次在酸浴循環系統中，循環泵選型普遍存在大馬拉小車的狀況，其流量控制普遍采用調節泵出口閥門和利用管道上自控閥調節流量，大量的能源被閥板消耗掉。為解決上述問題，我們針對故障率較高的閃蒸循環系統閥門和系統節能進行攻關，通過取消管道上的自控閥門，使用變頻調節器控制循環泵轉速，實現控制酸浴流量的創新方案，解決上述問題，并取得了一定的節電效果。

1 工作過程

原來酸浴閃蒸循環流量控制系統如圖1所示。

其工況和工作過程為：

圖1 酸浴閃蒸系統圖

P2201、P2202為55 kW閃蒸循環泵，FIC10001是自控[1]調節閥，其公稱直徑為DN 200 mm，材質為聚四氟乙烯隔膜內襯的碳鋼閥門；FIC10002是電磁流量計，其公稱直徑也為DN200 mm，內襯材質為聚四氟乙烯。工作中，酸浴溫度約為60℃。P2201閃蒸循環泵給A套閃蒸供酸，P2202閃蒸循環泵為備用。其流量調節通過FIC10001調節閥和流量計FIC10002構成閉環控制；其控制[2]原理圖如圖2所示，即流量計FIC1002將采集的流量信號以4～20 mA模擬量的方式傳輸給DCS控制系統，在DCS控制室操作人員可以設定為自動方式或手動方式對流量進行調解，經過DCS運算的信號以4～20 mA模擬量的方式傳輸給現場的自控調節閥，從而控制調節閥的開度，實現流量調節，調節后的流量信號又被流量計采集，從而形成閉環控制[1]。

圖2 自控閥調節流量原理

2 存在問題

2.1 節流調節的損耗

從以上的分析中，我們可以了解，酸浴閃蒸循環泵的流量調節屬于節流調節。即在水泵的出口管路上裝設自控閥門，通過改變閥門的開度，使裝置需要揚程曲線發生變化，從而導致水泵工作點位置的變化，從而調節流量。節流調節優點是調節簡單、可靠、方便，且調節裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調節方式。缺點是能量損失很大，由于流量大小靠閥門開度進行調整，因此比較大的一部份能量損失在閥板上，目前正逐漸被其它調節方式所取代。

2.2 腐蝕損壞問題

在黏膠短纖維生產運行過程中，自控[1]調節閥需要長期動作，隨著行業內酸站車間一步提硝工藝改造的推廣，提硝過程中，酸浴中有少量結晶物，膜片極易損壞，在一般情況下，閥體漏酸時才發現隔膜損壞，此時整個閥體已經受損報廢，為減少閥體受腐蝕，只能加大力度定期更換閥門，備件消耗和人工工作量較大。

3 解決方案

根據循環泵的流量與其轉速成正比；泵的揚程與其轉速的平方成正比；泵的軸功率與其轉速的立方成正比的基本原理，利用變頻調節閃蒸循環泵轉速控制酸浴流量，取消易損壞的調節閥。控制機理如圖3所示。

圖3 流量調節圖

圖3中，曲線1是閥門全部打開時，水泵阻力特性；曲線2是額定轉速時，泵的揚程特性。供水系統的工作點為A點，流量為QA、揚程為HA，電動機軸功率與面積O-QA-A-HA成正比。如將流量減少到QB，主要的調節方法有兩種：

（1）循環泵轉速不變，將水泵出口閥或調節閥門關小，這時水泵阻力特性曲線如曲線3所示，泵工作點移至B點：流量QB、揚程HB、電動機軸功率與面積O-QB-B-HB成正比。

（2）如將循環泵閥門開度不變，仍處于全部打開狀態，通過變頻調速器降低泵轉速，這時揚程特性如曲線4所示，水泵工作點移至C點：流量仍為QB，但是揚程為HC;電動機軸功率與面積O-QB-C-HC成正比。

通過原理分析，調節循環泵轉速可滿足酸浴流量和揚程要求，同時泵降速后，電動機軸功率由面積O-QB-B-HB降至面積O-QB-C-HC，電機軸功率減少幅度較大。

4 變頻循環泵的創新應用

4.1控制原理

從圖4可以看出，工藝上取消了自控調節閥門FIC1001，只是保留了電磁流量計，使用其信號作為控制電動機[2]的轉速控制信號。其電氣控制[2]原理圖如圖5所示，其流量調節通過BP30001（BP30002）變頻調速器[3]和流量計FIC10002構成閉環控制[1]；即流量計FIC1002將采集的流量信號以4～20 mA模擬量的方式傳輸給DCS控制系統，在DCS控制室操作人員可以設定為自動方式或手動方式對流量進行調解，經過DCS運算的信號以4～20 mA模擬量的方式傳輸給現場的BP30001（BP30002）變頻調速器，從而控制電動機的轉速，實現流量調節，調節后[1]的流量信號又被流量計采集，從而形成閉環控制。酸浴調節過程手閥1與2處于全開狀態，避免損失及閥門損壞。

圖4 改造后的系統圖

圖5 變頻改造后的電氣原理圖

4.2 改造后的工作過程

以A套閃蒸循環泵為例，取消循環泵出口調節閥后，DCS接收電磁流量計FIC10002的4～20 mA流量信號，DCS根據實際流量值進行PID運算，調整閃蒸循環泵P2201變頻器頻率，如設定循環量160 m3／h，當流量低時，DCS輸出4～20 mA信號，提高電機轉速；流量高時，降低電機轉速。同時變頻器設定最低頻率限制30 Hz，確保循環泵的揚程滿足工藝系統要求，而且防止電動機轉速過低，風扇自冷卻功能下降幅度過大，燒毀電機繞組。

4.3 控制信號分配

圖6為酸浴流量控制信號轉換圖，DCS接收電磁流量計FIC10002的4～20 mA流量信號，通過控制裝置分別送給模擬輸出卡1與2，模擬輸出卡1與2與BP30001變頻調速器及BP30002變頻調速器連接。當任1臺循環泵或2臺循環泵同時運行時，兩臺變頻調速裝置得到同一調節信號，從而保證了循環泵同工同頻運行。

圖6 酸浴流量控制信號轉換圖

5 改造后的分析

5.1 電動機頻率和酸浴流量

改造后，電動機運行頻率和酸浴流量對應關系如表1。

從表1中，可看出調節閥取消后，在閃蒸循環泵出口閥全部打開的狀態下，隨著電動機運行頻率提升，酸浴流量也穩定逐漸提升，經運行監測完全滿足工藝要求。

表1 頻率和酸浴流量對應關系表

5.2 節電對比

表2為A套閃蒸循環泵正常生產情況下，改造前后對比表。

由表2可知；采用變頻調速[3]后，電機運行功率由47.5 kW降至29 kW，可節約功率18.5 kW,單臺閃蒸循環泵節電率在38.9%，節能效果明顯。

表2 變頻改造節電對比

6 結語

閃蒸循環泵改造后具有以下優點：

（1）創新解決了聚四氟乙烯調節閥易損壞的難題。

（2）節能效果顯著，設備的節電率在35%以上。

（3）實現了軟啟動，電動機起動電流大幅度下降，避免了電動機起動時對電網的沖擊。

（4）設備運行平穩，消除了起動和停機時的水錘效用，延長管路使用壽命。

[1]王建輝.自動控制原理[M].4版.北京：冶金工業出版社，2005.

[2]劉介才.工廠供電[M].第二版.北京.機械工業出版社出版，1991.

[3]北京ABB電氣傳動系統有限公司.低壓交流傳動ACS510-01變頻器（1.1-160 kW）用戶手冊[Z].2009.

INNOVATIVE APPLICATION OF FREQUENCY CONVERSION CIRCULATION PUMP TO ADJUST ACID BATH FLOW RATE

AN Min
(Tangshan Sanyou Group Xingda Chemical Fibre Co.,Ltd.,Tangshan 063305,China)

This article analyzes the problems of short operation time,easy to damage of flash cycle flow control valve in acid bath system during the process of viscose staple fiber production,put forward the improvement scheme,and discusses the transformation effect and frequency conversion power saving.

acid bath;flow control;variable frequency;energy saving

TH318；TM921.51

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.010

1672-500X(2013)03-0033-05

2013-06-05

安民(1973-)，男，河北省遷安市人，高級工程師，從事電氣運行維護，電氣開發與設計。