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      煤氣加壓羅茨鼓風機變頻調速改造控制方案

      煤氣加壓羅茨鼓風機變頻調速改造控制方案

      為了充分保證煤氣加壓系統的可靠性,變頻器加裝了工頻旁路裝置,兩臺煤氣加壓機現有的控制設備和運行方式仍將保留,控制回路上設計工頻/變頻運行切換選擇,工/變頻選擇由人工切換操作,實現兩臺煤氣加壓機在工頻或變頻運行。

      通過目前已有的DCS系統可顯示變頻器的運行數據和當前狀態,實時監控系統運行。操作方面,有遠程控制和本地控制2種控制的方式,這2種控制方式可提高系統的安全性能。變頻器內置PLC,用于柜體內開關信號的邏輯處理,以及與現場各種操作信號和狀態信號(如RS-485)的協調,并且可以根據用戶的需要擴展控制開關量,增強了系統的靈活性。

      該用戶采用兩臺JD-BP37-315F(315kW/6kV)高壓變頻器分別控制兩臺煤氣加壓機,高壓變頻器設備安裝在風機值班室內,原高壓柜至電機的高壓電纜用做改造時電機至變頻器連接電纜,變頻器至高壓柜電纜重新敷設,同時敷設集控室至高壓變頻器的控制電纜用于變頻器的遠程控制,采集現場設備狀態信號,實現設備的控制調節及信號反饋。此外還需敷設一根高壓柜至變頻器的控制電纜,用于高壓柜合閘允許和高壓柜緊急分閘控制。

      兩臺高壓變頻器主回路控制方式相同,以A煤氣加壓機主回路控制為例說明,
      旁路柜中,共有3個高壓隔離開關,為了確保不向1#變頻器輸出端反送電,K2與K3采用電磁互鎖操動機構,實現電磁互鎖。當K1、K3閉合,K2斷開時,A煤氣加壓機變頻運行;當K1、K3斷開,K2閉合時,A煤氣加壓機工頻運行,此時變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護和調試。

      旁路柜必須與上級高壓斷路器DL連鎖,DL合閘時,絕對不允許操作旁路隔離開關與變頻器輸出隔離開關,以防止出現拉弧現象,確保操作人員和設備的安全。
      故障分閘:將1#變頻器“高壓分斷”信號與旁路柜“變頻投入”信號串聯后,并聯于高壓開關分閘回路。在變頻投入狀態下,當1#變頻器出現故障時,分斷1#變頻器高壓輸入;旁路投入狀態下,變頻器故障分閘無效。

      保護:保持原有對電機的保護及其整定值不變。6壓力閉環控制系統原理、PID設定

      由于該公司需要對煤氣壓力進行控制,因此采用壓力閉環控制,測量元件為壓力傳感器,將它安裝在羅茨鼓風機出氣口的官道上,Vi為需設定壓力值,壓力傳感器測量壓力V作為輸出量,構成閉環控制系統。變頻器通過采集測量V與用戶給定值Vi進行比較和運算,通過內置PID進行調整,將結果轉換為頻率調節信號送至變頻器,直至達到給定液位的給定值Vi。

      (1)在PID控制中,P系數加大,可以加快調節速度。但如果過大,系統容易因超調而震蕩。若P太小,又會使系統的動作緩慢。P可正可負。如果比例系數為正,那么該回路為正作用回路;如果比例系數為負,那么該回路為反作用回路。本變頻器P設定為0.5。
      (2)積分I的作用主要是消除系統的靜態誤差。但過強的積分作用使閉環系統超調加大。所以在調節過程初期,應減弱積分作用,防止產生積分飽和現象;而到過程后期,應適當增強積分作用,以提高控制精度。本變頻器I設定為15.0。
      風光高壓變頻器內置PID功能,其中PID結構參數具有以下選擇方式:
      0:比例PID控制只比例增益起作用;
      1:積分PID控制只積分增益起作用;
      2:比例+積分PID控制比例增益和積分增益同時起作用;
      3:比例+積分+微分PID控制比例增益、積分增益和微分增益同時起作用。
      本變頻器PID結構功能選擇2,比例+積分PID控制比例增益和積分增益同時起作用,完全可以滿足壓力閉環控制系統的控制要求,不需要設定微分參數。
      原系統改為變頻調速系統以后,有一些問題需要重新設定。如:放風閥的壓力設定,未改造前的原工頻運行,放風閥的壓力為5kPa,也就是當羅茨風機后級的氣壓達到5kPa以上時,才開啟放風閥,排泄出多余的煤氣。由于羅茨風機的工作特點,必須把進風閥門進入的氣體完全打出去,當后級的氣壓較高時,羅茨風機負荷較重,電機電流已經超過額定值較多,變頻器控制方式采用矢量控制,下限頻率設定為20Hz。經過與客戶溝通后,正常煤氣加壓壓力為3kPa左右,基本滿足正常生產需要。這樣煤氣加壓系統可以進一步降低消耗。

      A、B煤氣加壓機變頻節電改造后,2015年7月中旬,正式投入生產,至今運行正常。系統達到了預期的效果:實施變頻改造后,煤氣加壓站總用電量有明顯下降,設備實現了軟起動,改善了設備的運行工況,極大地減輕了羅茨風機起動時對供配電系統的沖擊。
      為了對比變頻改造節能情況,對工頻、變頻相應的運行數據進行了一周統計,以A煤氣加壓機的運行數據為例。 改造后,A煤氣加壓機的節電率為:(209.30-145.99)/209.30=30.25%,該設備年運行時間300天,每天運行 24h。按0.51元/kW?h計算,年節省電費:
      (209.30-145.99)kW×24h×300d×0.51元/kW?h
      =232474.6元。

      除了節能效果顯著外,還具有以下效果:
      (1)維護量減少。采用變頻調速后,大部分時間里,羅茨風機的運行轉速大大低于額定轉速。由于加壓機啟動緩慢及轉速的降低,減少了風機的零部件密封、軸承的磨損,相應地延長了風機的壽命。
      (2)工作強度降低。改造后采用壓力閉環控制,就不用調節放風閥,操作工作由手動轉變為自動、監控,完全實現生產的無人操作,大大減輕了工人的勞動強度。
      (3)現場噪音大大降低,有效改善現場的運行環境,運行人員反映良好;便于實現煤氣加壓站機組控制系統自動化管理。

      經過變頻改造后,煤氣加壓機實現軟啟軟停,不僅大大降低了工作人員的勞動強度,而且使整個工藝流程更穩定,達到了較好的節能效果。隨著國家對節能減排工作的越來越重視,企業通過各種措施降低生產成本,其中變頻技術起到了關鍵作用,取得了明顯的經濟效益和社會效益,適應了國家建設資源節約型社會的潮流。


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