菱科變頻器在儲油庫輸油泵節(jié)能應用

中煤秦皇島儲運中心--化奧油庫

   前言：http://www.lk500.com/ns_detail.php?id=14847&nowmenuid=8670&cpath=&catid=0

     在油庫經(jīng)營生產(chǎn)過程中，輸油泵在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中是日均使用頻率最高的設(shè)備，而大部分油庫的輸油泵啟動方式都采用星三角啟動，由于星三角啟動方式對電機和油泵的沖擊性加大，造成油泵軸承摩損加速和噪音增大等諸多弱點，以下為本公司在改造中煤秦皇島儲運中心化奧油庫輸油時，所得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵字：變頻器  輸油泵  節(jié)能

一、化奧油庫37KW輸油泵現(xiàn)在的運行狀況

   化奧油庫輸油泵由4臺37KW立式油泵組成，主要承擔4個工作臺中的8個裝油點來向運油車進行計量裝油工作。每個裝油點的管道設(shè)計輸出流量為每小時60立方，37KW輸油泵每小時流量為180立方，一臺輸油泵承擔一個工作臺2個裝油點的注油工作任務（分別為1號閥門和2號閥門，閥門打開向運油車注油）；而實際生產(chǎn)運營中大部份時間只開啟一個出油閥門，二臺裝油車同時裝油很少，原來設(shè)計37KW的輸油泵時是為二臺裝油車同時作業(yè)而設(shè)計，但開啟一個閥門時，也要滿負荷工作，滿負荷工作時油泵輸出流量能到達每小時180立方，最終實際使用時才需要它的三分之一流量就能滿足生產(chǎn)要求，通過對整個輸油系統(tǒng)的工作原理分析，原有的輸油泵運行原理存在以下幾點問題：

1、37KW輸油泵的輸出流量過大，在開啟一個出油閥時只需要輸油泵的三分之一流量，輸油泵每次開啟都滿負載180立方輸出運行，這樣油泵和管道產(chǎn)生很大壓差，形成渦壓，管道壓差加大時導致電機負荷增大，電流上升，造成電能浪費。

2、油泵由于輸出容積大而實際管道輸送容積小，這樣的工作環(huán)境下，輸油泵運行中產(chǎn)生了大量的無用功耗，也大大縮短了輸油泵電機的使用壽命，加大設(shè)備維護成本。

　綜合以上的工作背景，有必要對輸油泵電機系統(tǒng)進行節(jié)能運行升級，利用變頻器調(diào)速器來運行輸油泵，以得到流量和壓力可調(diào)，根據(jù)實際需求的流量和壓力來自動控制輸油泵系統(tǒng)。

二、輸油泵系統(tǒng)采用變頻調(diào)速運行的節(jié)能技術(shù)原理
   油泵在原有的工作特性為電機啟動以50Hz運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1420r/min轉(zhuǎn)，輸出流量180立方，轉(zhuǎn)速與流量壓力成正比，如圖所示：

圖1： 輸油泵的工作原理分折

我們從上圖可以看出，通過油泵電機轉(zhuǎn)速的變化，流量也隨著轉(zhuǎn)速降低而降低，所以只有使用變頻器才能使油泵電機的轉(zhuǎn)速變成自由可調(diào)，同時也使油泵的流量和壓力可調(diào)，通過變頻的調(diào)節(jié)來達到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝要求。我們采用北京中達菱科電氣有限公司生產(chǎn)的菱科LK600P系列油泵專用變頻器，來提高輸油泵的工作特性，而且充分利用變頻器的調(diào)速功能來實現(xiàn)流量和壓力可調(diào)，以任意調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來達到目的，同時也起到節(jié)約電能、廷長油泵電機的使用壽命，環(huán)保節(jié)能是本項目的初衷。

輸油泵通過變頻運行的節(jié)能依據(jù)?---變頻的工作原理在這就不做詳細介紹，我們通過下圖表進行對比可以看出，變頻運行時的電機轉(zhuǎn)速變化，電機負載電流也隨著變化。當然由于電機轉(zhuǎn)速的降低變頻輸出電壓也隨即降低，通過電壓降低，油泵的負荷電流也同樣降低。下面所述的數(shù)據(jù)是本公司在現(xiàn)場電機運行所測的實際數(shù)據(jù)。圖2：表為37KW輸油工頻運行時的電機負載電流，表1：為37KW輸油泵在變頻運行時的油泵電機轉(zhuǎn)速、電機運行電流以及在任意轉(zhuǎn)速時的流

表1：37KW輸油泵在變頻運行時的不同速度 負載電流和流量的變化值。

現(xiàn)場數(shù)據(jù)：化奧油庫一臺37KW油泵供給一個工作臺二個注油閥工作，一個注油閥設(shè)計輸出流量為60立方，二個同時打開時，流量在120立方能滿足生產(chǎn)要求，怎樣實現(xiàn)一個注油閥打開，變頻器只需輸出一個60立方的準確流量？在以下解決方案中詳細講解。當為一臺運油車進行注油工作時，變頻器以25Hz運轉(zhuǎn)，電機電流為43A，可以節(jié)約電流51A，節(jié)電率在60%以下。打開二個注油閥為二臺運油車注油時，變頻器的工作頻率為35Hz，電機電流48A，節(jié)約電流26A，節(jié)電率在40%以下。

從上列表和現(xiàn)場數(shù)據(jù)來分折中煤秦皇島儲運中心化奧油庫現(xiàn)有輸油泵工作原理，我可以看到變頻器在運行油泵時起到的作用，通過變頻控制輸油泵的電機轉(zhuǎn)速,使油泵輸出一個合理的流量和壓力以滿足生產(chǎn)要求，同時也大大降底電機的負荷電流，節(jié)能非常明顯。

三、變頻器控制方式

 變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現(xiàn)電機的無級調(diào)速，從而使管網(wǎng)油壓連續(xù)變化。壓力變送器的任務是檢測管網(wǎng)的壓力，壓力的設(shè)定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的流量和壓力的期望值。壓力設(shè)定信號和壓力反饋信號在輸入到變頻器后，再經(jīng)變頻器內(nèi)部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉(zhuǎn)速控制信號，變頻器接收到給定信號時開始工作，先啟動輸油泵電機，使管網(wǎng)流量油壓達到設(shè)定值，之后變頻器的輸出頻率隨著壓力到達頂點時，變頻器轉(zhuǎn)速開始下降，直至保持管網(wǎng)的壓力和流量輸送在符合生產(chǎn)要求的所需要預定值內(nèi)。當輸油量增加或開啟二個出油閥時管網(wǎng)壓力減弱，壓力變送器將這一信號反饋給變頻器，（注：變頻器是根據(jù)4-20mA電流值大小來決定輸出頻率的大小，頻率大小就是電機的轉(zhuǎn)速高與低），變頻器頻率開始回升，使變頻器的輸出頻率上升，油泵的轉(zhuǎn)速提高，流量和壓力相應上升，如果注油輸出流量增加很多，變頻器的輸出頻率將達到最大值50Hz，以上依據(jù)，通過變頻的內(nèi)置PID控制能使整套供油系統(tǒng)操作性更強，大大減少勞動密度

由于整個化奧油庫的電氣系統(tǒng)采用上位機集控制，輸油泵電機采用軟啟動方式啟動，輸油泵的啟動、停止、分別為集中控制和機旁控制，操作臺為二個的史密斯電磁閥，利用電磁閥的開關(guān)來承擔給運油車注油工作，史密斯電磁閥帶有流量計量和壓力變送功能，能為變頻器提供一個4-20mA變送信號輸出，壓力變送值可自由設(shè)定大小，所設(shè)定的變送值對應4-20MA輸出。當菱科變頻器的4-20mA信號輸入接口收到壓力變送器傳送的電流信號時，根據(jù)信號源大小再通過變頻器內(nèi)置的PID控制計算，能自動完整地使輸油泵在預定的流量壓力內(nèi)工作，來達到本生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝要求。

圖4：化奧油庫輸油泵與變頻的運行示意圖

四、系統(tǒng)方案
　　在油庫經(jīng)營生產(chǎn)過程中，輸油泵在整個系統(tǒng)中屬于非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，要求變頻器能長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)，應具備的性能外更要有極高的可靠性，在了解現(xiàn)場的生產(chǎn)工藝特點并結(jié)合本設(shè)計方案，本系統(tǒng)設(shè)計時應具備適應現(xiàn)場操作性能，并完全能與原來的電氣系統(tǒng)互相兼容，做到按原有控制特性不變；本系統(tǒng)設(shè)計時具備以下功能：

1、 變頻系統(tǒng)與原動力柜的工頻軟啟動器系統(tǒng)能手動自由切換。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，可以手動切換到原動力柜的工頻軟啟動，當變頻系統(tǒng)維修期間，原軟啟動器系統(tǒng)能正常保障輸油泵的運行工作，滿足油庫的正常生產(chǎn)。
    2、 變頻系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)頻率的調(diào)節(jié)采用PID閉環(huán)控制環(huán)方式，根據(jù)壓力變送器變送輸出的4-20mA電流值來決定變頻器的輸出頻率，這樣保障輸油系統(tǒng)的安全運行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動化更強

圖3：變頻輸油泵接線圖

3、考慮到現(xiàn)場的工作環(huán)境和設(shè)備的安全， 變頻控制柜面板不宜設(shè)置過多的顯示設(shè)備，只配置軟啟動器與變頻轉(zhuǎn)換開關(guān)、運行指示燈、變頻運行故障燈、變頻操作顯示面板，使變頻器的運行參數(shù)、電機電流、電機轉(zhuǎn)速一目了然，極大地方便了現(xiàn)場操作人員的操作和對設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)控。
    4、 變頻系統(tǒng)設(shè)置6位的密碼，可將變頻器的運行參數(shù)鎖定保護，確保變頻輸油系統(tǒng)不在人為的錯誤操作下造成輸油泵停機，實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運行。
    5、 變頻器采用獨立配線供電，杜絕電磁對設(shè)備相互干擾，保證設(shè)備的安全運行。

6、變頻系統(tǒng)對輸油泵電機實行軟啟、軟停，減少了啟動過程中對電網(wǎng)沖擊，改善供電質(zhì)量同時也延長了輸油泵電機的保養(yǎng)維護周期，由于使用變頻后與原來相比電機轉(zhuǎn)速下降，低速運行對油泵軸、軸承的磨損程度減少，這將大大延長輸油泵的軸承，機械密封等易損件的壽命。

五、工程造價

本項目由4臺37KW 輸油泵組成，變頻器選用4臺37KW菱科LK600P系列油泵專用型變頻器，整個項目造價如下表：

六、投資成本回收期

4臺輸油泵每天工作12個小時，每臺油泵1小時耗電量為35kW·h,12小時×35kW·h=420 kW·h/日,秦皇島的工業(yè)電價為0.57元kW·h, 根據(jù)實測的平均節(jié)電率為40%,則每天每臺油節(jié)約電費如下；

 每 天 節(jié) 約 電 費：420 kW·h/日×0.57元kW·h ×40%=95.76元

 每 月 節(jié) 約 電 費: 30天×95.76元=2872.8元

 4臺油泵每月共節(jié)約:4×2872.8元=11491.2元

根據(jù)以上數(shù)據(jù),投資成本需要在12個月內(nèi)收回。

七、結(jié)束語
　　在整個油庫生產(chǎn)經(jīng)營過中，輸油泵是整系統(tǒng)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，也是整個運作系統(tǒng)中的用電大戶，對輸油泵進行節(jié)能降耗有一定的必要性，當前對輸油泵進行節(jié)能降耗的有效技術(shù)途徑是采用變頻器，利用變頻調(diào)速功能來改善輸油泵工作效能。在整個系統(tǒng)實施運行過程中，變頻器不只對整個系統(tǒng)進行一次智能升極外，更使整個生產(chǎn)操作過程更體現(xiàn)人性化、智能自動化，同時也產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，比如油泵使用周期廷長，維護費用減少等等，相信本項目的受益者比項目實施者更有體會。