英威騰CHH100高壓變頻器在離心式循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用———英威騰CHH100高壓變頻器在離心式循環(huán)壓縮機(jī)上的應(yīng)用
一、 引言
山東某化工有限公司是山東石化集團(tuán)公司的下屬企業(yè)，以重油的生產(chǎn)和銷售為主。主要產(chǎn)品包括93#、90#車用無(wú)鉛汽油，液化氣、柴油、焦炭、輕質(zhì)油、丙烯等；其中高壓變頻器應(yīng)用在丙烯車間的循環(huán)氣壓縮機(jī)上。此負(fù)載設(shè)備為離心式循環(huán)壓縮機(jī)，參數(shù)如下：
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壓縮機(jī)型號(hào)
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4V-2S
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電動(dòng)機(jī)型號(hào)
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YB450M1-2
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生產(chǎn)廠家
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錦西化工機(jī)械廠
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生產(chǎn)廠家
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南陽(yáng)防爆電機(jī)廠
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介質(zhì)
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合成氣（CO，H2等）
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額定功率Pdn
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450kW
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功率
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323 kW
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額定轉(zhuǎn)速n0
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2980 r/min
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額定轉(zhuǎn)速
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14029 r/min
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額定電壓U0
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6kV
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額定流量
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20190 m3/h
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額定電流I0
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52.1A
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入口壓力
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1.35 MPa
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額定功率因數(shù)
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0.88
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出口壓力
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1.85 MPa
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增速箱增速比
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1:4.7
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二、應(yīng)用環(huán)境分析
工藝流程如圖1所示：
圖1：丙烯收集系統(tǒng)工藝流程圖
在實(shí)際應(yīng)用中，工頻時(shí)每次啟動(dòng)壓縮機(jī)都是重載啟動(dòng)，啟動(dòng)起來(lái)十分不容易，同時(shí)還給工藝上帶來(lái)很大隱患，比如噪音大，啟動(dòng)電流大，影響設(shè)備壽命、壓力突變等。另外，由于負(fù)載的波動(dòng)性較大，電機(jī)很少在滿載情況下運(yùn)行，僅依靠關(guān)出口閥、打回流來(lái)調(diào)節(jié)流量，浪費(fèi)嚴(yán)重，能耗較高，運(yùn)行十分不經(jīng)濟(jì)。為了解決這一系列問(wèn)題，通過(guò)多方調(diào)研，該化工廠決定采用高壓變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速改造。
三、 系統(tǒng)方案提出
1.變頻調(diào)速原理
按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
式中：P-電機(jī)極對(duì)數(shù)；f-電機(jī)運(yùn)行頻率；s-滑差。
從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較?。?-0.05），電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機(jī)成立的電磁關(guān)系式：
E=4.44fwΦ ………②
式中：E-電機(jī)電動(dòng)勢(shì)，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通。
對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時(shí)，供電電壓也應(yīng)跟著變化。
2.高壓變頻器技術(shù)路線的選擇
目前，因?yàn)楣β势骷蛪旱南拗?，高壓變頻器沒(méi)有像低壓變頻器一樣，有統(tǒng)一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前，市場(chǎng)上主流的高壓變頻器多采用單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2：高壓變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
由于這種結(jié)構(gòu)是利用低壓功率器件實(shí)現(xiàn)高壓，巧妙的避開(kāi)了電力電子功率器件耐壓不足的問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)前端的移相變壓器，實(shí)現(xiàn)了多脈沖整流，具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染小的優(yōu)點(diǎn)，有些廠家又把這種變頻器稱為“完美無(wú)諧波變頻器”。在變頻器的內(nèi)部控制上，利用功率單元輸出波形的移相疊加，形成多電平輸出電壓波形，可以直接適配普通國(guó)產(chǎn)異步電機(jī)，對(duì)電機(jī)的絕緣沒(méi)有特殊要求，并且具有脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，無(wú)共模電壓的明顯優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧夹g(shù)成熟，低壓功率器件易于采購(gòu)，因此成為市場(chǎng)上的主流方案。通過(guò)全方位的調(diào)研，該化工廠確定了英威騰研發(fā)、生產(chǎn)的高壓變頻器CHH100產(chǎn)品。
圖3：運(yùn)行中的高壓變頻器
3. 一次主回路方案
通過(guò)咨詢和現(xiàn)場(chǎng)分析，決定采用一拖一手動(dòng)旁路方案：主回路由負(fù)荷開(kāi)關(guān)QF、3個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2和QS3及高壓變頻器組成（如圖3）。其中要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)互鎖。高壓隔離開(kāi)關(guān)QS1、QS2、SQ3加裝電磁鎖，電磁鎖的操作電源使用QF的輔助觸點(diǎn)閉鎖。只有當(dāng)QF斷開(kāi)時(shí)，QS1、QS2、SQ3的電磁鎖才能得電，可以正常操作。在變頻運(yùn)行時(shí)，QS1和QS2閉合，QS3斷開(kāi)，變頻器得電啟動(dòng)后，電機(jī)處于變頻運(yùn)行狀態(tài)；工頻運(yùn)行時(shí)，QS3閉合，QS1和QS2斷開(kāi)，QF閉合后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)工頻直接啟動(dòng)，恢復(fù)改造前的運(yùn)行狀態(tài)。
圖4：高壓變頻器工頻旁路原理圖
四、具體使用效果
1. 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)：
改變頻后比工頻運(yùn)行時(shí)的參數(shù)對(duì)比表：
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工頻
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變頻
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電機(jī)轉(zhuǎn)速
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2980r/min
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1200r/min
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輸入電流
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47A
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7A
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功率因數(shù)
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0.47
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0.85
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出口閥門（FV1001）開(kāi)度
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35%-40%
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100%
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入口壓力
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1.35MPa
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1.35MPa
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出口壓力
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1.85MPa
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1.43MPa
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壓力差
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0.5MPa
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0.08MPa
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出口流量
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20190m3/h
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8455m3/h
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節(jié)省電費(fèi)為M=1291680-348192=943488元≈94.3萬(wàn)元。
2. 變頻器運(yùn)行情況：
采用變頻調(diào)速后，帶來(lái)的最大好處有以下幾點(diǎn)：
1.電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，電機(jī)啟動(dòng)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定電流，啟動(dòng)時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊很小。
2.壓縮機(jī)出入口壓力差降低了很多。以前壓差5公斤，設(shè)備嘯叫嚴(yán)重，能達(dá)到120分貝；改變頻后壓差為0.8公斤，噪音僅為75分貝左右。從而減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對(duì)電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長(zhǎng)了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對(duì)管道的沖擊，有效延長(zhǎng)了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開(kāi)支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
3.輸入電流減少很多，以前電流很多都做了無(wú)用功，浪費(fèi)極大。
4.提高了功率因數(shù)
五、 客戶評(píng)價(jià)
通過(guò)對(duì)離心式壓縮機(jī)改造前后的對(duì)比，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果，給用戶的生產(chǎn)降低了成本減少了生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)工作；目前英威騰CHH100高壓變頻器運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)持續(xù)，受到該化工廠生產(chǎn)車間、維護(hù)班組和公司領(lǐng)導(dǎo)的高度評(píng)價(jià)。
六、 結(jié)束語(yǔ)
我公司通過(guò)對(duì)離心式循環(huán)壓縮機(jī)的電機(jī)變頻調(diào)速改造，有效解決了之前運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的啟動(dòng)困難問(wèn)題，改善了生產(chǎn)工藝，延長(zhǎng)了設(shè)備檢修周期，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著高壓變頻器市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟，將會(huì)有越來(lái)越多的設(shè)備列入改造之列，為國(guó)家的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
[1].高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)CHH100系列產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)
[2].高壓變頻器應(yīng)用資料匯編－石化行業(yè)
關(guān)于英威騰：
英威騰，成立于2002年，致力于成為全球領(lǐng)先、受人尊敬的電氣傳動(dòng)、工業(yè)控制、新能源領(lǐng)域產(chǎn)品與服務(wù)供應(yīng)商，2010年在深交所A股上市。英威騰是國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)，總部員工1100多人，國(guó)內(nèi)、外辦事處30余個(gè)，控股子公司9家，業(yè)務(wù)涉及電氣傳動(dòng)、工業(yè)自動(dòng)化、新能源、軌道交通牽引、礦用防爆、能源管理、樓宇智能等領(lǐng)域。在基礎(chǔ)業(yè)務(wù)變頻器領(lǐng)域，英威騰占據(jù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，擁有覆蓋高、中、低壓通用及各行業(yè)專用豐富的產(chǎn)品系列，產(chǎn)品在市政、塑膠、油田、化工、冶金、紡織、機(jī)床、礦山等行業(yè)廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品銷售遍布全球60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。
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