變頻調(diào)速技術(shù)在天然氣凈化廠貧液循環(huán)泵上的應(yīng)用

豐榮敢++榮朝杰

摘 要 本文根據(jù)MDEA流量調(diào)節(jié)技術(shù)的原理對常見的流量調(diào)節(jié)方式進(jìn)行了分析判斷，選取了適合天然氣凈化工藝使用的變頻流量調(diào)節(jié)技術(shù)；并通過分析變頻器的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和節(jié)能原理和MDEA溶液流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成部件，設(shè)計(jì)出了MDEA溶液流量調(diào)節(jié)的控制方案，變頻控制系統(tǒng)的控制流程等，最后利用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】變頻器 MDEA 變頻調(diào)速技術(shù) 節(jié)能

現(xiàn)代天然氣凈化廠的耗能設(shè)備主要是驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的三相異步電動(dòng)機(jī)，能耗高且運(yùn)行效率低下。經(jīng)過調(diào)查研究和分析，可以發(fā)現(xiàn)變頻調(diào)速是一種節(jié)能效果顯著、安全可靠、自動(dòng)化程度高的電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)。

1 方案設(shè)計(jì)

墊江分廠甲基二乙醇胺溶液（后文簡稱MDEA溶液）循環(huán)泵變頻調(diào)速系統(tǒng)采用“變頻器+離心泵+流量傳感器（FT-1201）+DCS”的控制方案。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)含一臺(tái)多級離心泵、一臺(tái)變頻器拖動(dòng)電機(jī)以及其他啟動(dòng)、運(yùn)行、調(diào)速、保護(hù)等設(shè)備，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖1上看出變頻調(diào)速系統(tǒng)由流量監(jiān)測、控制系統(tǒng)、變頻器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、報(bào)警系統(tǒng)等組成：

1.1.1 流量監(jiān)測

流量監(jiān)測通過流量計(jì)采集，反映的是系統(tǒng)流量，也就是變頻調(diào)速系統(tǒng)的反饋信號。這個(gè)流量信號經(jīng)現(xiàn)場變送器傳輸至中控室DCS系統(tǒng)。

1.1.2 控制系統(tǒng)

DCS系統(tǒng)，通過接受操作人員給出的指令對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，即通過變頻器對離心泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。

1.1.3 變頻器

變頻器根據(jù)DCS發(fā)送的控制信號改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以實(shí)現(xiàn)對離心泵的流量控制，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行情況，在電機(jī)故障時(shí)及時(shí)保護(hù)停機(jī)。

1.1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)包括離心泵和出口調(diào)節(jié)閥，用于將醇胺溶液輸送至脫硫吸收塔。

1.1.5 報(bào)警系統(tǒng)

為提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，還設(shè)計(jì)了變頻器故障報(bào)警，以在變頻器故障時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)切換至工頻運(yùn)行模式，保證生產(chǎn)正常進(jìn)行。

1.2 系統(tǒng)控制流程設(shè)計(jì)

整個(gè)變頻調(diào)速系統(tǒng)要根據(jù)檢測到的輸入信號的狀態(tài)、按照系統(tǒng)控制流程、通過變頻器和執(zhí)行元件對系統(tǒng)進(jìn)行控制，其控制流程如圖2所示。

流程圖說明：

（1）系統(tǒng)上電，在接收到有效的啟動(dòng)信號（現(xiàn)場操作柱的啟動(dòng)信號）后，若轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“變頻”位置，啟動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)；若此時(shí)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“市電”狀態(tài)，則為工頻運(yùn)行；當(dāng)變頻器存在故障時(shí)，則系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工頻運(yùn)行，同時(shí)輸出一個(gè)報(bào)警信號；

（2）系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程中，根據(jù)DCS系統(tǒng)輸出的4-20mA電流信號的變化調(diào)整變頻器的輸出頻率在20-50Hz之間變化，來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)流量調(diào)節(jié)的功能；若DCS系統(tǒng)給定值小于變頻器設(shè)定最低運(yùn)行頻率，則變頻器輸出最低運(yùn)行頻率；若給定值高于最高設(shè)定頻率，則變頻器按最高設(shè)定頻率運(yùn)行；

（3）變頻器故障或轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“市電”狀態(tài)時(shí)，DCS系統(tǒng)通過控制出口流量調(diào)節(jié)閥的開度來控制系統(tǒng)流量。

2 效果驗(yàn)證

變頻調(diào)速的實(shí)際節(jié)能效果可以通過改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)得到有力的說明，運(yùn)行參數(shù)見表1與表2。

9月28日至10月23日期間，P-1201A 帶變頻器運(yùn)行，運(yùn)行情況如表2。

從運(yùn)行記錄來看，通過出口流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)溶液流量的情況下，循環(huán)量在20m3/h-28m3/h波動(dòng)，平均24.45m3/h；每立方溶液耗電量在3.8kw/h-4.9kw/h之間，平均4.25kw/h；

單臺(tái)MDEA溶液循環(huán)泵平均年耗電量：

24.45×4.25×24×165=411493.5kw/h

在使用變頻調(diào)節(jié)方法后，流量出口調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)，循環(huán)量在26m3/h-29m3/h；每立方溶液耗電量在2.62kw/h-2.65kw/h之間，取最高能耗計(jì)算：

單臺(tái)MDEA溶液循環(huán)泵平均年耗電量

29×2.65×24×165=304326.0kw/h

每年節(jié)電量至少為107167.5 kw/h；

在技改完成后，2009年P(guān)-1201A全年運(yùn)行4120h，共耗電282989.14kw/h，技改前一年P(guān)-1201A全年耗電量414064.53 kw/h，相對技改前，全年節(jié)約電能13.1萬kw/h，實(shí)際節(jié)電率為31.6%；滿足了本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)：節(jié)電率在10%以上且年節(jié)電量5萬度。

3 結(jié)論

MDEA溶液泵變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過采用“出口流量計(jì)+變頻器+DCS”的控制方案與工藝、儀表有機(jī)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了新的儀表控制邏輯、電氣控制原理；這種控制方式結(jié)構(gòu)簡單合理、功能齊全；操作界面友好。在采用本系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，在節(jié)約大量電能，帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)不會(huì)增加操作人員的工作量和復(fù)雜度。

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作者簡介

豐榮敢（1976-），男，安徽省六安市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為六安市微特電機(jī)有限責(zé)任公司技術(shù)部初級工程師總經(jīng)理助理。研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

作者單位

六安市微特電機(jī)有限責(zé)任公司技術(shù)部 安徽省六安市 237000