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应用案例
森兰变频器在炼油厂的应用
2019-04-25 浏览量:1821

一、概述

变频调速是一种高效的调速方式,而且调速精度高、调速范围宽,操作方便,并且可利用变频器上自带的RS485串行通讯口实现和控制系统的通讯,以便于随时监控系统的工作情况,有利于生产正常进行。炼油厂丙烷压缩机液化气的提取系统进行自动化改造,改造后除提高工艺操作水平外,而且节能20%左右,经济效益也十分显著。

二、森兰SB70变频器的主要特点

丙烷压缩机是该系统的关键设备,对变频器的可靠性、起动转矩和动态响应都有一定的要求。由于变频器是该自动化系统的一部分,为减少干扰,要求输出波型中有较低的谐波含量,因此,选用我公司生产的SB70矢量控制变频器。该变频器是希望森兰科技股份有限公司自主开发的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能强大的工程型变频器,采用转子磁场定向的矢量控制方式,实现了对电机大转矩高精度的控制。其操作面板具有编程、操作、参数复制、热拔插功能,大大方便了操作人员对参数的修改(仅对一台变频器设置参数,其它均可进行参数复制,减少调试过程中的工作量),速定给定可通过端子切换,减少了外部繁锁的连接线。瞬时掉电时,通过母线电压控制,实现不间断运行;还可根据负载特性和环境温度,自动调整载波频率。

三、工艺过程

1  液化气提取工艺系统框图

工艺过程:

炼油产生的气体,经过压缩机加压后凝为液态进入分离塔,经过吸收等其他加工工艺,提取出石油液化气。进气口压力P1要求小于0.6MPa,压缩机出口压力P2可达到1.2MPa~1.7MPa之间,经出口阀调节后保证分离塔压力P3在1.05MPa。如果某种原因使分离塔压力升高,为安全起见则泄压阀打开,将分离塔内液体经管道回流进气口。

调节阀门的开度使P1指示压力小于0.6MPa,P3压力在1.08MPa左右。操作人员根据P1、P2、P3上的指示值进行调节。进气的压力P0一般来说不是很稳定,为使控制准确,需知道P0与P1、P2、P3的变化的关系如下表(1):

表(1)

       项目

状态

P1

P2

P3

L1

L2

P0

变化

不变

不变

不变

不变

P0不变时调节进口阀的开度与P1,P2,P3变化关系如下表(2)

表(2)

项目

状态

P1

P2

P3

L1

L2

进口阀

开度

增大

增大

不变

不变

增大

增大

减小

减小

不变

不变

减小

减小

四、系统的构成

由表(1)和表(2)所反映的在P0改变时和进口阀开度改变时,P1、P2、P3和L1、L2的变化可见,进气P0的升高或降低,使P1、L1和L2发生相应的改变。如果要使流量L1和L2不变,可调节进口阀的开度往P0增加的相反方向变化,即P0增大,进口阀开度减少,或P0降低,进口阀开度增大。

为保证生产的稳定性,希望进入分离塔的丙烷流量不要有太大的波动。为此控制方式可有两种选择,一种采用流量控制方式,用流量变送器采集的流量信号回馈到控制系统上,使系统组成为一流量闭环系统,这样不论P0如何变化,都可保证流量基本不变。另一种方式是用P1信号作为反馈信号,只要使P1保持稳定流量就基本不变。因此,在进气压力P0波动时,使压缩机转速发生改变,使P1不变,即可使流量基本不变。于是以压力信号P1作为反馈信号组成压力闭环系统。这里P1信号在压缩机输入管道上,但是P1的变化是压缩机调速后的结果,作为闭环系统的反馈信号是可行的。由此可见,调节压缩机的转速和调节进口阀的开度在工艺上可达到相同的效果。本系统的压缩机电机功率为160kW,工频运行时,流量的改变靠阀门节流调节,浪费了大量的能源,机械的磨损未能减低,影响机组的使用寿命。为实现生产过程的自动化,采用一台SB70系列160kW变频器与压力变送器P1构成恒压控制。系统如图2所示:

图2 变频器控制系统

为提升整个系统的自动化水平,引入工控机进行监控,监控系统框图如图3:

图3  系统控制框图

本系统数据采集卡采集压力、流量、阀门开度等模拟量,输出模拟量调节电动阀开度;采集报警和其他开关信号,输出备用系统起动信号、停止信号等。工控机通过RS485实现对变频器进行控制,P1压力通过数据采集卡采集,经工控机处理后,由RS485将控制信号送到变频器,控制变频器的频率的升降,达到恒定P1的目的,最终使流量基本不变。当然还要控制变频器的起停,同时电机的运行参数也要送工控机进行监控。工控机为一台CPU PⅢ、内存128M、硬盘20G的研祥工控机,配置数据采集卡、温度信号处理卡、开关信号接线板、RS485通讯卡、RS485通讯模块等。

模拟量数据采集卡将压力、流量、阀门开度、电机温度和管道温度等模拟信号转换成12位的数字信号,每一路信号占用数据采集卡上一个模拟通道,互不影响,采样周期为300ms。SB70变频器支持RS485半双工串行通讯方式,通过在工控机上用IP函数或VB的MSCDMM通讯控件编制串行通讯程序,即可实现工控机与变频器之间的通讯,本系统用VB的通讯控件编制。将采集到的数据信号,经实时分析处理后,通过组态王监控画面,监测现场传输的实时数据和历史数据及设备的运行状况、历史曲线的分析、实时报表、历史报表的打印、声光报警等。

五、系统的优点

原系统是在人为观察P1压力的情况下,改变进口阀的开度来满足工艺上的要求,在P0波动比较频繁时,人工劳动强度大。控制系统投入运行后一般不需要人工干预,可在远离现场的地方进行监控。压缩机用变频器驱动后节能效果明显,据用户测算可节能18%~22%。电动机的起动电流和运行电流均在额定电流以下,减少了对电网的冲击。电机不总是工作在额定转速,延长了设备的使用寿命,系统的安全性也有提高。

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