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變頻技術能夠為液體化工行業帶來哪些不一樣的改變?
發布時間:2022-5-25 16:42:00   來源:杭州三科變頻技術有限公司   人氣值:

在液體化工行業,變頻器(以下簡稱-VFD用于低壓電機,目的是節能,而不是調速,因為液體化工行業的電機主要控制增壓泵和風機,特別是增壓泵占液體化工行業低壓電機的909%以上,是液體化工行業用電量最大的部分。


VFD的使用有兩個主要方面:


1、VFD用于恒轉矩和恒功率負載情況下的速度控制,速度控制功能滿足控制要求。在這種情況下,在設計和選擇設備之初就考慮VFD因為是以實現控制策略為目的,所以其選型與電機高度兼容,也有可行的案例和以往的經驗可供參考。


2、以節能為目的使用VFD近年來越來越流行,在液體化工等行業得到了廣泛的應用。不僅是VFD考慮用于新建設備的電機控制,在用的老生產設備也陸續進行了改造,目的是節約重復使用電機的能耗。由于我國液體化工行業基數大,在用設備多為低壓電機,效率較低。


液體化工行業使用的泵對速度控制沒有特殊要求。從工業生產方面來說,現場泵的運行速度與生產控制無關,而VFD是用來調節電機轉速的。那么速度和節能有什么關系呢?這適用于VFD的控制模式,即U/F=常數的比例控制。從能量方面來說,這種控制方式使電機的電壓隨著頻率的降低而降低,從而使電機的功率變小,實現節能。

液體化工生產控制的經典模式是電機帶動增壓泵對被控流體加壓,液體通過管道中的調節閥控制流量和壓力,然后到達下一個生產設備,實現安全穩定的自動化生產。


從流體力學的角度來看,液體流經管道和閥門,尤其是調節閥時,需要克服流體的機械能。消耗的機械能占很大比重,電機消耗的能量浪費在液體輸送過程中。從節能的角度來說,這方面還有提升的空間。


液體化工生產中的電機容量,在設計選型時是根據工藝的最大生產負荷來選擇的。在正常使用中,由于生產負荷和物料的變化,經常出現大馬拉大車的現象,在液體輸送中消耗電能轉化成的液體機械能。這時,如果能降低電機的功率,甚至可以更換工藝管道中的調節閥,使泵出口的液流壓力剛好能滿足后續生產設備的要求,那么就可以節省很多不必要的功率損耗。


U/F=常數的VFD的功能正好可以滿足這個條件,所以實現了VFD液體化工能耗的匹配,所以VFD廣泛應用于舊設備的節能改造。


用VFD代替在線生產的控制調節閥,既能達到節能的目的,又能滿足生產控制的要求。因此,需要將VFD+電機引入自動控制策略的PID控制中。因此VFD需要引入4-20mA控制信號,實現4-20mA信號與VFD0-50HZ的對應關系。即4mAhVFD輸出時控制信號的頻率為0Hz,20mAhVFD輸出時對應的頻率為50Hz,與傳統控制策略相同。


但是在實際使用中發現了一個很大的問題。


根據電機調速原理:頻率與速度成正比,軸功率與轉速的三次方成正比;根據流體力學原理:液體流量與轉速成正比,壓力與轉速的二次方成正比。


當用VFD+電機代替調節閥時,管路中液體流動返回的信號與VFDoutput的頻率成線性對應,但液體的壓力對應的是VFDoutput的頻率的平方,即VFDoutput的頻率降低剛好滿足液體的流量控制,但液體壓力的降低大于流量的降低。


如果流量調節的減少幅度過大,那么壓力就會衰減太多,導致液體壓力達不到下游生產設備,造成增壓泵的真空被破壞,增加泵內葉片間流體的磨損,損壞增壓泵,還會造成電機干磨無輸出,造成能量的極大浪費。


比如10米高的建筑,自來水的壓力至少需要1kg才能到達頂樓。如果用VFD控制頂樓的自來水流量,如果頂樓沒有水或水很少,那么VFD接收到的控制信號將接近4mA,導致VFD的輸出接近0Hz,導致電機轉速變慢,這將使VFD的輸出接近0Hz


如果小于1kg,頂樓自來水管道沒有自來水。此時電機還在運轉,浪費電能,損壞泵的葉輪。這個時候控制VFD的流量是沒有意義的。只有當變頻電機VFD的增壓泵出口壓力超過1kg時,才對自來水的流量控制產生實質性的作用,所以VFD在一定區間內失去節能功能。


這種問題在工廠的石油生產設備的維護和修理中也有發現??刂扑滓何坏某樗迷谏a中會不時出現抽不進去的情況。水泵保養是否頻繁并不能排除故障。最后通過觀察、實驗、分析,得出VFD輸出頻率低導致抽水泵真空損壞,引發故障的結論。通過設置VFD的下限輸出頻率和調整VFD對應于4-20mA的輸出頻率范圍,解決了這個問題。后來工廠在用的低壓VFD輸出下限都設定好了。由于VFD控制的泵的后續過程的垂直高度和管道不同,泵出口的最低壓力值也不同。


通過關閉泵出口達到設定壓力值,找到每臺泵的最低工作頻率VFD,最終實現VFD輸出的最佳頻率范圍。從現場使用來看,工廠的增壓泵VFD的工作頻率范圍基本在16-41HZ之間。


除了VFD的頻率范圍外,還應該設置VFD的一些功能。對于涉及自動控制的VFD+電機泵,應設置自動重啟功能,使其電機在廠內電壓波動、晃動后能自動啟動并盡快恢復生產。


VFD過壓保護器安裝在前面。如果VFD在廠內使用較多,廠內電網的諧波干擾,操作過電壓,雷雨天氣都容易燒毀VFD。因此,安裝過電壓保護器是一種很好的保護措施。以上是VFD在使用中的理解,重點是應用于加壓泵電機的VFD要根據不同的生產工藝設定在合適的頻率范圍內,否則輸出不起作用,對于生產、設備壽命、節能都是一個缺陷。


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