一、化奧油庫(kù)37KW輸油泵現(xiàn)在的運(yùn)行狀況
化奧油庫(kù)輸油泵由4臺(tái)37KW立式油泵組成,主要承擔(dān)4個(gè)工作臺(tái)中的8個(gè)裝油點(diǎn)來(lái)向運(yùn)油車(chē)進(jìn)行計(jì)量裝油工作。每個(gè)裝油點(diǎn)的管道設(shè)計(jì)輸出流量為每小時(shí)60立方,37KW輸油泵每小時(shí)流量為180立方,一臺(tái)輸油泵承擔(dān)一個(gè)工作臺(tái)2個(gè)裝油點(diǎn)的注油工作任務(wù)(分別為1號(hào)閥門(mén)和2號(hào)閥門(mén),閥門(mén)打開(kāi)向運(yùn)油車(chē)注油);而實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中大部份時(shí)間只開(kāi)啟一個(gè)出油閥門(mén),二臺(tái)裝油車(chē)同時(shí)裝油很少,原來(lái)設(shè)計(jì)37KW的輸油泵時(shí)是為二臺(tái)裝油車(chē)同時(shí)作業(yè)而設(shè)計(jì),但開(kāi)啟一個(gè)閥門(mén)時(shí),也要滿負(fù)荷工作,滿負(fù)荷工作時(shí)油泵輸出流量能到達(dá)每小時(shí)180立方,最終實(shí)際使用時(shí)才需要它的三分之一流量就能滿足生產(chǎn)要求,通過(guò)對(duì)整個(gè)輸油系統(tǒng)的工作原理分析,原有的輸油泵運(yùn)行原理存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題:
1、37KW輸油泵的輸出流量過(guò)大,在開(kāi)啟一個(gè)出油閥時(shí)只需要輸油泵的三分之一流量,輸油泵每次開(kāi)啟都滿負(fù)載180立方輸出運(yùn)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(shí)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大,電流上升,造成電能浪費(fèi)。
2、油泵由于輸出容積大而實(shí)際管道輸送容積小,這樣的工作環(huán)境下,輸油泵運(yùn)行中產(chǎn)生了大量的無(wú)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(duì)輸油泵電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行升級(jí),利用變頻器調(diào)速器來(lái)運(yùn)行輸油泵,以得到流量和壓力可調(diào),根據(jù)實(shí)際需求的流量和壓力來(lái)自動(dòng)控制輸油泵系統(tǒng)。
二、輸油泵系統(tǒng)采用變頻調(diào)速運(yùn)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(dòng)以50Hz運(yùn)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(guò)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(shí)也使油泵的流量和壓力可調(diào),通過(guò)變頻的調(diào)節(jié)來(lái)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)流量和壓力可調(diào),以任意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到目的,同時(shí)也起到節(jié)約電能、廷長(zhǎng)油泵電機(jī)的使用壽命,環(huán)保節(jié)能是本項(xiàng)目的初衷。
輸油泵通過(guò)變頻運(yùn)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(guò)下圖表進(jìn)行對(duì)比可以看出,變頻運(yùn)行時(shí)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(guò)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(chǎng)電機(jī)運(yùn)行所測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)。圖2:表為37KW輸油工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)負(fù)載電流,表1:為37KW輸油泵在變頻運(yùn)行時(shí)的油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行電流以及在任意轉(zhuǎn)速時(shí)的流量變化。
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圖2: 37KW輸油工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)負(fù)載電流
表1:37KW輸油泵在變頻運(yùn)行時(shí)的不同速度 負(fù)載電流和流量的變化值。
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現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù):化奧油庫(kù)一臺(tái)37KW油泵供給一個(gè)工作臺(tái)二個(gè)注油閥工作,一個(gè)注油閥設(shè)計(jì)輸出流量為60,立方,二個(gè)同時(shí)打開(kāi)時(shí),流量在120立方能滿足生產(chǎn)要求,怎樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)注油閥打開(kāi),變頻器只需輸出一個(gè)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(tái)運(yùn)油車(chē)進(jìn)行注油工作時(shí),變頻器以25Hz運(yùn)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(kāi)二個(gè)注油閥為二臺(tái)運(yùn)油車(chē)注油時(shí),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(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)分折中煤秦皇島儲(chǔ)運(yùn)中心化奧油庫(kù)現(xiàn)有輸油泵工作原理,我可以看到變頻器在運(yùn)行油泵時(shí)起到的作用,通過(guò)變頻控制輸油泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速,使油泵輸出一個(gè)合理的流量和壓力以滿足生產(chǎn)要求,同時(shí)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)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(cè)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(hào)通過(guò)4-20mA電流反饋信號(hào)輸入變頻器后再經(jīng)變頻器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算,輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào),變頻器接收到4-20mA電流信號(hào)時(shí)開(kāi)始工作,先啟動(dòng)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(diǎn)時(shí),變頻器轉(zhuǎn)速開(kāi)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(kāi)啟二個(gè)出油閥時(shí)管網(wǎng)壓力減弱,壓力變送器將這一信號(hào)處理成4-20mA信號(hào)送入變頻器,(注:變頻器是根據(jù)4-20mA電流值大小來(lái)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(kāi)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(guò)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(dòng)密度。
由于整個(gè)化奧油庫(kù)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(dòng)方式啟動(dòng),輸油泵的啟動(dòng)、停止、分別為集中控制和機(jī)旁控制,操作臺(tái)為二個(gè)吏密斯電磁閥,利用電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)承擔(dān)給運(yùn)油車(chē)注油工作,吏密斯電磁閥帶有流量計(jì)量和壓力變送功能,能為變頻器提供一個(gè)4—20MA變送信號(hào)輸出,壓力變送值可自由設(shè)定大小,所設(shè)定的變送值對(duì)應(yīng)4-20MA輸出。當(dāng)菱科變頻器的4-20mA信號(hào)輸入接口收到壓力變送器傳送的電流信號(hào)時(shí),根據(jù)信號(hào)源大小再通過(guò)變頻器內(nèi)置的PID控制計(jì)算,能自動(dòng)完整地使輸油泵在預(yù)定的流量壓力內(nèi)工作,來(lái)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(kù)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)過(guò)程中,輸油泵在整個(gè)系統(tǒng)中屬于非常重要的生產(chǎn)設(shè)備,要求變頻器能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)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(chǎng)的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)并結(jié)合本設(shè)計(jì)方案,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)操作性能,并完全能與原來(lái)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(jì)時(shí)具備以下功能:
1、 變頻系統(tǒng)與原動(dòng)力柜的工頻軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能手動(dòng)自由切換。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障,可以手動(dòng)切換到原動(dòng)力柜的工頻軟啟動(dòng),當(dāng)變頻系統(tǒng)維修期間,原軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能正常保障輸油泵的運(yùn)行工作,滿足油庫(kù)的正常生產(chǎn)。
2、 變頻系統(tǒng)的運(yùn)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(lái)決定變頻器的輸出頻率,這樣保障輸油系統(tǒng)的安全運(yùn)行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動(dòng)化更強(qiáng)。
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圖3:變頻輸油泵接線圖[/align]
3、考慮到現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境和設(shè)備的安全, 變頻控制柜面板不宜設(shè)置過(guò)多的顯示設(shè)備,只配置軟啟動(dòng)器與變頻轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、運(yùn)行指示燈、變頻運(yùn)行故障燈、變頻操作顯示面板,使變頻器的運(yùn)行參數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速一目了然,極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作和對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。
4、 變頻系統(tǒng)設(shè)置6位的密碼,可將變頻器的運(yùn)行參數(shù)鎖定保護(hù),確保變頻輸油系統(tǒng)不在人為的錯(cuò)誤操作下造成輸油泵停機(jī),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。
5、 變頻器采用獨(dú)立配線供電,杜絕電磁對(duì)設(shè)備相互干擾,保證設(shè)備的安全運(yùn)行。
6、變頻系統(tǒng)對(duì)輸油泵電機(jī)實(shí)行軟啟、軟停,減少了啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)沖擊,改善供電質(zhì)量同時(shí)也延長(zhǎng)了輸油泵電機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)周期,由于使用變頻后與原來(lái)相比電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,低速運(yùn)行對(duì)油泵軸、軸承的磨損程度減少,這將大大延長(zhǎng)輸油泵的軸承,機(jī)械密封等易損件的壽命。
五、工程造價(jià)
本項(xiàng)目由4臺(tái)37KW 輸油泵組成,變頻器選用4臺(tái)37KW菱科LK600P系列油泵專用型變頻器,整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)如下表:
六、投資成本收回期
4臺(tái)輸油泵按每天工作12個(gè)小時(shí)計(jì)算,根據(jù)實(shí)測(cè)的平均節(jié)電率40%(此數(shù)據(jù)為其它工程的實(shí)值,不代表本項(xiàng)目的準(zhǔn)確數(shù)據(jù))4個(gè)月可回收所有投資。
七、結(jié)束語(yǔ)
在整個(gè)油庫(kù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)中,輸油泵是整系統(tǒng)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié),也是整個(gè)運(yùn)作系統(tǒng)中的用電大戶,對(duì)輸油泵進(jìn)行節(jié)能降耗有一定的必要性,當(dāng)前對(duì)輸油泵進(jìn)行節(jié)能降耗的有效技術(shù)途徑是采用變頻器,利用變頻調(diào)速功能來(lái)改善輸油泵工作效能。在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施運(yùn)行過(guò)程中,變頻器不只對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一次智能升極外,更使整個(gè)生產(chǎn)操作過(guò)程更體現(xiàn)人性化、智能自動(dòng)化,同時(shí)也產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,比如油泵使用周期廷長(zhǎng),維護(hù)費(fèi)用減少等等,相信本項(xiàng)目的受益者比項(xiàng)目實(shí)施者更有體會(huì)。