超大功率高壓變頻器在中盈化肥壓縮機(jī)中的應(yīng)用
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安陽中盈化肥80萬噸尿素項目2010年7月由上級政府部門批準(zhǔn)備案，地點設(shè)在滑縣，計劃建設(shè)周期為2010年7月—2012年12月，所采用的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)是世界領(lǐng)先的，氣化工序采用世界上先進(jìn)的水煤漿氣化技術(shù)；凈化工序采用耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗及進(jìn)口硫回收技術(shù)；氨合成工序采用瑞士卡薩利低壓合成工藝；尿素合成工序采用進(jìn)口CO2氣提法工藝。整個系統(tǒng)中核心技術(shù)是世界最先進(jìn)的，工程配置是最優(yōu)化的，能量系統(tǒng)是最合理的，生產(chǎn)成本必將也是最低的，建成后將是目前河南省最大的一套尿素生產(chǎn)裝置。
生產(chǎn)合成氨的基本過程如下方框圖表示：
工藝原理及流程簡述:
氨冷凍主要是通過典型的壓縮制冷循環(huán)（壓縮→冷凝→節(jié)流→蒸發(fā)），將液氨這一良好的冷凍劑（其蒸發(fā)潛熱大）循環(huán)使用，從而為不同的用戶提供不同冷凍等級的冷量，同時回收氨冷用戶因換熱而產(chǎn)生的氣氨，通過再次升壓、降溫得到液氨供氨冷用戶循環(huán)使用。
重要參數(shù):
一、氨壓縮機(jī)組主要參數(shù)：
序號 項目 單位 數(shù)值 備注
1 低壓缸一段入口流量 Nm3/h 30910
2 低壓缸一段進(jìn)口壓力 MPa（A） 0.065
3 低壓缸一段進(jìn)口溫度 ℃ -38
4 低壓缸一段出口壓力 MPa 0.266
5 低壓缸一段出口溫度 ℃ 79.9
6 高壓缸一段入口流量 Nm3/h 74003
7 高壓缸一段進(jìn)口壓力 MPa 0.264
8 高壓缸一段進(jìn)口溫度 ℃ 27.5
9 高壓缸一段出口壓力 MPa 0.581
10 高壓缸一段出口溫度 ℃ 99.3
11 高壓缸二段入口流量 Nm3/h 110733
12 高壓缸二段進(jìn)口壓力 MPa 0.557
13 高壓缸二段進(jìn)口溫度 ℃ 30.7
14 高壓缸二段出口壓力 MPaA 1.759
15 高壓缸二段出口溫度 ℃ 139.1
16 額定功率 KW 9920
17 正常功率SOR/EOR KW 8800/8790
18 壓縮機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速 Rpm 9014
19 最大可調(diào)轉(zhuǎn)速 Rpm 9043
20 最小可調(diào)轉(zhuǎn)速 Rpm 6761
21 低壓缸第一臨界轉(zhuǎn)速 Rpm 3158
22 高壓缸第一臨界轉(zhuǎn)速 Rpm 3107
23 旋向方向 從驅(qū)動側(cè)看順時針
24 潤滑油牌號 GB11120-N46 透平油
壓縮機(jī)
額定功率：11000KW
額定電流：731A
額定電壓：10KV
額定轉(zhuǎn)速:1490 r/min
額定頻率50HZ
功率因數(shù)0.90
效率96.5%
最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)1.8
堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)4.5
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)0.6
高壓電機(jī)
額定齒輪箱功率：11000 KW
額定轉(zhuǎn)速 輸入/輸出：1490/9043
齒輪齒數(shù) 大齒輪/小齒輪：176/29
實際使用能效系數(shù)：1.45
四、變頻器原理、技術(shù)參數(shù)、系統(tǒng)方案及現(xiàn)場運行
(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)
式中：P-電機(jī)極對數(shù)；f-電機(jī)運行頻率；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
式中：E-電機(jī)電動勢，f-定子頻率，W-繞組系數(shù)，Φ-氣隙主磁通。
對異步電機(jī)調(diào)速時，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時，供電電壓也應(yīng)跟著變化。
額定容量 6900×2KVA
額定輸出電流 730A
額定電壓10KV；
最高電壓11KV；
電壓正常變化范圍（1±10%）un；
額定頻率50HΖ；
頻率變化范圍±0.2HΖ；
電動機(jī)成組自起時，母線電壓65% un；
最大一臺電機(jī)啟動時，母線電壓80% un；
10KV母線側(cè)短路電流40kA（有效值）100kA（峰值）；
中性點：經(jīng)消弧線圈方式接地。
(3)系統(tǒng)方案
該系統(tǒng)主要包括：10kV電壓等級18MW合成氣壓縮機(jī)1臺、11MW氨氣壓縮機(jī)1臺、11.5MW二氧化碳壓縮機(jī)1臺。其容量均在10MW級，屬超大功率旋轉(zhuǎn)負(fù)載。
高壓電機(jī)選用兩極異步電動機(jī)驅(qū)動，采用1:3.12增速齒輪箱與與壓縮機(jī)負(fù)載連接。選用利德華福電壓源型單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)變頻器，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)大于0.95、網(wǎng)側(cè)諧波污染小于3%、適用于普通異步電動機(jī)；而無需增設(shè)無功補(bǔ)償或選用同步電動機(jī)。
壓縮機(jī)系統(tǒng)采用變頻驅(qū)動后，壓縮機(jī)組可實現(xiàn)軟起動、軟停車功能，并且能夠承受系統(tǒng)喘振時產(chǎn)生的電氣瞬時過載沖擊負(fù)荷，而不會保護(hù)誤動。采用變頻啟動時的電流加速曲線如圖一所示。另外，變頻器可以按照合成氨裝置生產(chǎn)所需的壓縮機(jī)升速曲線實現(xiàn)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速；其啟動過程的加速特性如圖二所示。
圖一、壓縮機(jī)啟動過程電流加速特性曲線 圖二、壓縮機(jī)啟動加速特性曲線
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