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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方案采用全容量高壓變頻備用的一拖一變頻切換系統(tǒng)方案，其原理如圖三所示。其中，QF表示高壓開關(guān)、TF表示變頻器、ML表示母聯(lián)開關(guān)、GN表示隔離開關(guān)柜、M表示電動(dòng)機(jī)。QFx2和QFx3之間存在電氣與邏輯雙重互鎖關(guān)系，防止變頻器輸出側(cè)發(fā)生短路等嚴(yán)重事故(x，表示設(shè)備編號)。
圖（三）高壓電氣配電與變頻驅(qū)動(dòng)一次動(dòng)力系統(tǒng)圖
三臺壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由301變電站II、III段母線分別引至313變電所。其中，備用變頻器下掛于III段母線，QF41提供10kV驅(qū)動(dòng)電源。備用變頻器可在三臺電動(dòng)機(jī)任意一臺工作變頻電氣系統(tǒng)故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)調(diào)速運(yùn)行。
正常情況下，每臺壓縮機(jī)均有一臺主變頻器TF通過QF2連接至電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的電氣驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)并可根據(jù)合成氨裝置的生產(chǎn)需求調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速改變氣量，達(dá)到滿足生產(chǎn)的目的。
以合成氣壓縮機(jī)為例：壓縮機(jī)主變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)，首先檢查備用變頻器輸出側(cè)QF13與電動(dòng)機(jī)處于斷開狀態(tài)，然后閉合工作變頻器TF1輸出側(cè)開關(guān)QF12與電動(dòng)機(jī)M1連接。送電啟動(dòng)步序：①Q(mào)F13處于分?jǐn)酄顟B(tài)；②操作QF12合閘；③變頻器允許高壓合閘；④操作QF15合閘；⑤啟動(dòng)條件滿足、變頻器待機(jī)正常；⑥啟動(dòng)變頻器TF1運(yùn)行；⑦合成氣壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢。
當(dāng)合成氣壓縮機(jī)主電氣系統(tǒng)故障或需要檢修時(shí)，壓縮機(jī)可利用備用變頻TF4提供不間斷變頻驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。備用變頻啟動(dòng)步序：①操作QF12分閘狀態(tài)；②操作QF13的合閘，備用變頻器TF4自動(dòng)選擇適配電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)保護(hù)參數(shù)組；③操作確認(rèn)電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的工位有效，TF4具備高壓合閘允許條件，允許QF45合閘；④操作QF45合閘；⑤壓縮機(jī)具備變頻器啟動(dòng)運(yùn)行條件、變頻器待機(jī)正常；⑥啟動(dòng)備用變頻器驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組運(yùn)行；⑦電動(dòng)機(jī)M1變頻運(yùn)行恢復(fù)完畢。
備用變頻器TF4自動(dòng)確認(rèn)電動(dòng)機(jī)匹配，選擇與之對應(yīng)的控制功能和對應(yīng)的壓縮機(jī)控制工藝參數(shù)；滿足備用變頻器可替代合成氣、氨氣、二氧化碳壓縮機(jī)用變頻器的需求。
(4)、協(xié)調(diào)控制、調(diào)速及狀態(tài)
控制邏輯系統(tǒng)采用變頻協(xié)調(diào)控制技術(shù)（IECS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)柜）解決電氣系統(tǒng)中變頻器與高壓開關(guān)、壓縮機(jī)組、生產(chǎn)工藝之間的協(xié)調(diào)控制關(guān)系，以及主變頻器與備用變頻器之間的切換替代等協(xié)調(diào)問題。
變頻轉(zhuǎn)速控制信號為3點(diǎn)互為冗余，變頻器根據(jù)3個(gè)頻率接入信號進(jìn)行3取中處理后進(jìn)行變頻器頻率輸出調(diào)節(jié)。當(dāng)有其中一路頻率給定指令中斷或超量程后，變頻器自動(dòng)選擇另外倆路正常的信號2取中，當(dāng)變頻器給定頻率信號完全丟失時(shí)，變頻器可設(shè)定掉線保持或最大、最小或停車等運(yùn)行模式，保證在給定信號完全丟失的情況下，仍能夠安全處理，最大限度的保證生產(chǎn)調(diào)節(jié)的連續(xù)性。
變頻器除了向用戶輸出DO、AO等硬連線傳輸變頻器所有狀態(tài)，還預(yù)留MODBUS通訊接口，可傳輸變頻器內(nèi)部變量包括：變頻器輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流、給定頻率、運(yùn)行頻率、變壓器溫度、變頻器報(bào)警、故障和運(yùn)行狀態(tài)，以滿足用戶多元化要求。
變頻協(xié)調(diào)控制柜
另外，高壓變頻器在運(yùn)行中將產(chǎn)生3%的效率損失，并以熱量形式散失在環(huán)境中。需要配套高壓變頻空-水冷卻系統(tǒng)解決變頻器的環(huán)境散熱問題，空-水冷系統(tǒng)具有進(jìn)水口壓力和出水口壓力檢測報(bào)警，進(jìn)水口溫度出水口溫度檢測報(bào)警和流量調(diào)節(jié)控制，空-水冷系統(tǒng)的壓力、水溫、流量用戶在遠(yuǎn)程可實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)。通過系統(tǒng)化集成解決方案的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)電氣驅(qū)動(dòng)的工藝控制、變頻驅(qū)動(dòng)控制、環(huán)境控制等。
空-水冷系統(tǒng)
6.1、電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)、軟停車，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，對電網(wǎng)沖擊很小。
.6.2、相比傳統(tǒng)啟動(dòng)方式，采用變頻啟動(dòng)壓縮機(jī)出入口壓力差降低了很多，從而減輕了起動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)矩對電機(jī)機(jī)械損傷，降低了噪音，有效的延長了電機(jī)的使用壽命，相應(yīng)地延長了許多零部件的壽命；同時(shí)極大的減輕了對管道的沖擊，有效延長了管道的檢修周期，減少了檢修維護(hù)開支，節(jié)約大量維護(hù)費(fèi)用。
6.3、實(shí)現(xiàn)了電機(jī)平穩(wěn)無極調(diào)速，提高了生產(chǎn)工藝精度。
目前，國內(nèi)年產(chǎn)單體40萬噸及以上合成氨裝置設(shè)計(jì)中，合成氣壓縮機(jī)、氨氣壓縮機(jī)、二氧化碳壓縮機(jī)等主壓縮機(jī)組主要采用“鍋爐+汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)”的方式生產(chǎn)運(yùn)行。該種陳舊的建設(shè)模式，在新的經(jīng)濟(jì)形式和節(jié)能減排的國家背景下，存在以下幾方面的問題：
1、 在新建項(xiàng)目中，“鍋爐+汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)”的方式投資高、占地面積大、建設(shè)周期長。
2、 裝置投產(chǎn)后，燃煤鍋爐的運(yùn)營維護(hù)成本高。
3、 燃煤鍋爐能效低，廠區(qū)蒸汽跑、冒嚴(yán)重、煙氣排放環(huán)境污染嚴(yán)重。
4、 系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能差，生產(chǎn)效率低，能源浪費(fèi)較大。
5、 鍋爐蒸汽生產(chǎn)水耗、煤耗指標(biāo)高，生產(chǎn)成本壓力大。
綜合上述因素，結(jié)合目前國內(nèi)超大功率高壓變頻傳動(dòng)技術(shù)的成熟應(yīng)用。該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中考慮采用電力驅(qū)動(dòng)替代“鍋爐+汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)”。
采用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將直接節(jié)約鍋爐占地、建設(shè)投入，以及后續(xù)運(yùn)營維護(hù)成本和環(huán)境污染，提供生產(chǎn)效率。針對兩種驅(qū)動(dòng)方式的經(jīng)濟(jì)性比較如下表1所示。
表1 合成氨裝置主機(jī)系統(tǒng)兩種不同驅(qū)動(dòng)方式的經(jīng)濟(jì)性比較
結(jié)束語
通過對就以上合成氨裝置壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分析和實(shí)踐證明，以高壓變頻為核心的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)完全能夠滿足化工生產(chǎn)中對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、氣量調(diào)節(jié)的需求；并且在項(xiàng)目投資運(yùn)營方面獲得可觀的經(jīng)濟(jì)收益。該項(xiàng)目的實(shí)施，為化工行業(yè)超大功率壓縮機(jī)組解決能源與經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效生產(chǎn)等綜合問題，提供了新思路、新方法；值得在化工生產(chǎn)領(lǐng)域的能源利用、節(jié)能降耗和環(huán)保生產(chǎn)建設(shè)和改造項(xiàng)目中積極推廣。該項(xiàng)目的成功投運(yùn)也證實(shí)了利德華福在超大功率變頻器技術(shù)上具有更大的領(lǐng)先優(yōu)勢，完美的配套解決方案優(yōu)勢，進(jìn)一步奠定了利德華福作為高壓變頻龍頭老大地位。
參考文獻(xiàn)：
《10MW級高壓變頻器在合成氨裝置主機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析》 劉軍祥
《.高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)HARSVERT-A系列技術(shù)手冊》 北京利德華福電氣技術(shù)有限公司
《合成氨工藝培訓(xùn)手冊》李保國(end)
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