菱科變頻器在儲(chǔ)油庫(kù)輸油泵節(jié)能應(yīng)用

中煤秦皇島儲(chǔ)運(yùn)中心--化奧油庫(kù)

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

     在油庫(kù)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)過(guò)程中，輸油泵在整個(gè)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(kù)的輸油泵啟動(dòng)方式都采用星三角啟動(dòng)，由于星三角啟動(dòng)方式對(duì)電機(jī)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(diǎn)，以下為本公司在改造中煤秦皇島儲(chǔ)運(yùn)中心化奧油庫(kù)輸油時(shí)，所得到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵字：變頻器  輸油泵  節(jié)能

一、化奧油庫(kù)37KW輸油泵現(xiàn)在的運(yùn)行狀況

   化奧油庫(kù)輸油泵由4臺(tái)37KW立式油泵組成，主要承擔(dān)4個(gè)工作臺(tái)中的8個(gè)裝油點(diǎn)來(lái)向運(yùn)油車(chē)進(jìn)行計(jì)量裝油工作。每個(gè)裝油點(diǎn)的管道設(shè)計(jì)輸出流量為每小時(shí)60立方，37KW輸油泵每小時(shí)流量為180立方，一臺(tái)輸油泵承擔(dān)一個(gè)工作臺(tái)2個(gè)裝油點(diǎn)的注油工作任務(wù)（分別為1號(hào)閥門(mén)和2號(hào)閥門(mén)，閥門(mén)打開(kāi)向運(yùn)油車(chē)注油）；而實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中大部份時(shí)間只開(kāi)啟一個(gè)出油閥門(mén)，二臺(tái)裝油車(chē)同時(shí)裝油很少，原來(lái)設(shè)計(jì)37KW的輸油泵時(shí)是為二臺(tái)裝油車(chē)同時(shí)作業(yè)而設(shè)計(jì)，但開(kāi)啟一個(gè)閥門(mén)時(shí)，也要滿負(fù)荷工作，滿負(fù)荷工作時(shí)油泵輸出流量能到達(dá)每小時(shí)180立方，最終實(shí)際使用時(shí)才需要它的三分之一流量就能滿足生產(chǎn)要求，通過(guò)對(duì)整個(gè)輸油系統(tǒng)的工作原理分析，原有的輸油泵運(yùn)行原理存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：

1、37KW輸油泵的輸出流量過(guò)大，在開(kāi)啟一個(gè)出油閥時(shí)只需要輸油泵的三分之一流量，輸油泵每次開(kāi)啟都滿負(fù)載180立方輸出運(yùn)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(shí)導(dǎo)致電機(jī)負(fù)荷增大，電流上升，造成電能浪費(fèi)。

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

　綜合以上的工作背景，有必要對(duì)輸油泵電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行升級(jí)，利用變頻器調(diào)速器來(lái)運(yùn)行輸油泵，以得到流量和壓力可調(diào)，根據(jù)實(shí)際需求的流量和壓力來(lái)自動(dòng)控制輸油泵系統(tǒng)。

二、輸油泵系統(tǒng)采用變頻調(diào)速運(yùn)行的節(jié)能技術(shù)原理
   油泵在原有的工作特性為電機(jī)啟動(dòng)以50Hz運(yùn)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(guò)油泵電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速變成自由可調(diào)，同時(shí)也使油泵的流量和壓力可調(diào)，通過(guò)變頻的調(diào)節(jié)來(lái)達(dá)到現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝要求。我們采用北京中達(dá)菱科電氣有限公司生產(chǎn)的菱科LK600P系列油泵專(zhuān)用變頻器，來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)流量和壓力可調(diào)，以任意調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到目的，同時(shí)也起到節(jié)約電能、廷長(zhǎng)油泵電機(jī)的使用壽命，環(huán)保節(jié)能是本項(xiàng)目的初衷。

輸油泵通過(guò)變頻運(yùn)行的節(jié)能依據(jù)?---變頻的工作原理在這就不做詳細(xì)介紹，我們通過(guò)下圖表進(jìn)行對(duì)比可以看出，變頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，電機(jī)負(fù)載電流也隨著變化。當(dāng)然由于電機(jī)轉(zhuǎn)速的降低變頻輸出電壓也隨即降低，通過(guò)電壓降低，油泵的負(fù)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(chǎng)電機(jī)運(yùn)行所測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)。圖2：表為37KW輸油工頻運(yùn)行時(shí)的電機(jī)負(fù)載電流，表1：為37KW輸油泵在變頻運(yùn)行時(shí)的油泵電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)運(yùn)行電流以及在任意轉(zhuǎn)速時(shí)的流

表1：37KW輸油泵在變頻運(yùn)行時(shí)的不同速度 負(fù)載電流和流量的變化值。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)：化奧油庫(kù)一臺(tái)37KW油泵供給一個(gè)工作臺(tái)二個(gè)注油閥工作，一個(gè)注油閥設(shè)計(jì)輸出流量為60立方，二個(gè)同時(shí)打開(kāi)時(shí)，流量在120立方能滿足生產(chǎn)要求，怎樣實(shí)現(xiàn)一個(gè)注油閥打開(kāi)，變頻器只需輸出一個(gè)60立方的準(zhǔn)確流量？在以下解決方案中詳細(xì)講解。當(dāng)為一臺(tái)運(yùn)油車(chē)進(jìn)行注油工作時(shí)，變頻器以25Hz運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)電流為43A，可以節(jié)約電流51A，節(jié)電率在60%以下。打開(kāi)二個(gè)注油閥為二臺(tái)運(yùn)油車(chē)注油時(shí)，變頻器的工作頻率為35Hz，電機(jī)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(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)分折中煤秦皇島儲(chǔ)運(yùn)中心化奧油庫(kù)現(xiàn)有輸油泵工作原理，我可以看到變頻器在運(yùn)行油泵時(shí)起到的作用，通過(guò)變頻控制輸油泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速,使油泵輸出一個(gè)合理的流量和壓力以滿足生產(chǎn)要求，同時(shí)也大大降底電機(jī)的負(fù)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(jī)提供可變頻率的電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，從而使管網(wǎng)油壓連續(xù)變化。壓力變送器的任務(wù)是檢測(cè)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(hào)和壓力反饋信號(hào)在輸入到變頻器后，再經(jīng)變頻器內(nèi)部PID控制程序的計(jì)算，輸出給變頻器一個(gè)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，變頻器接收到給定信號(hào)時(shí)開(kāi)始工作，先啟動(dòng)輸油泵電機(jī)，使管網(wǎng)流量油壓達(dá)到設(shè)定值，之后變頻器的輸出頻率隨著壓力到達(dá)頂點(diǎn)時(shí)，變頻器轉(zhuǎn)速開(kāi)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(yù)定值內(nèi)。當(dāng)輸油量增加或開(kāi)啟二個(gè)出油閥時(shí)管網(wǎng)壓力減弱，壓力變送器將這一信號(hào)反饋給變頻器，（注：變頻器是根據(jù)4-20mA電流值大小來(lái)決定輸出頻率的大小，頻率大小就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速高與低），變頻器頻率開(kāi)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(yīng)上升，如果注油輸出流量增加很多，變頻器的輸出頻率將達(dá)到最大值50Hz，以上依據(jù)，通過(guò)變頻的內(nèi)置PID控制能使整套供油系統(tǒng)操作性更強(qiáng)，大大減少勞動(dòng)密度

由于整個(gè)化奧油庫(kù)的電氣系統(tǒng)采用上位機(jī)集控制，輸油泵電機(jī)采用軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)，輸油泵的啟動(dòng)、停止、分別為集中控制和機(jī)旁控制，操作臺(tái)為二個(gè)的史密斯電磁閥，利用電磁閥的開(kāi)關(guān)來(lái)承擔(dān)給運(yùn)油車(chē)注油工作，史密斯電磁閥帶有流量計(jì)量和壓力變送功能，能為變頻器提供一個(gè)4-20mA變送信號(hào)輸出，壓力變送值可自由設(shè)定大小，所設(shè)定的變送值對(duì)應(yīng)4-20MA輸出。當(dāng)菱科變頻器的4-20mA信號(hào)輸入接口收到壓力變送器傳送的電流信號(hào)時(shí)，根據(jù)信號(hào)源大小再通過(guò)變頻器內(nèi)置的PID控制計(jì)算，能自動(dòng)完整地使輸油泵在預(yù)定的流量壓力內(nèi)工作，來(lái)達(dá)到本生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝要求。

圖4：化奧油庫(kù)輸油泵與變頻的運(yùn)行示意圖

四、系統(tǒng)方案
　　在油庫(kù)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)過(guò)程中，輸油泵在整個(gè)系統(tǒng)中屬于非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，要求變頻器能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)具備的性能外更要有極高的可靠性，在了解現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)并結(jié)合本設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)操作性能，并完全能與原來(lái)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(jì)時(shí)具備以下功能：

1、 變頻系統(tǒng)與原動(dòng)力柜的工頻軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能手動(dòng)自由切換。一旦變頻系統(tǒng)出現(xiàn)某種故障，可以手動(dòng)切換到原動(dòng)力柜的工頻軟啟動(dòng)，當(dāng)變頻系統(tǒng)維修期間，原軟啟動(dòng)器系統(tǒng)能正常保障輸油泵的運(yùn)行工作，滿足油庫(kù)的正常生產(chǎn)。
    2、 變頻系統(tǒng)的運(yùn)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(lái)決定變頻器的輸出頻率，這樣保障輸油系統(tǒng)的安全運(yùn)行又使整套系統(tǒng)更加方便操作性、智能自動(dòng)化更強(qiáng)

圖3：變頻輸油泵接線圖

3、考慮到現(xiàn)場(chǎng)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(guò)多的顯示設(shè)備，只配置軟啟動(dòng)器與變頻轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、運(yùn)行指示燈、變頻運(yùn)行故障燈、變頻操作顯示面板，使變頻器的運(yùn)行參數(shù)、電機(jī)電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速一目了然，極大地方便了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作和對(duì)設(shè)備運(yùn)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(yùn)行參數(shù)鎖定保護(hù)，確保變頻輸油系統(tǒng)不在人為的錯(cuò)誤操作下造成輸油泵停機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。
    5、 變頻器采用獨(dú)立配線供電，杜絕電磁對(duì)設(shè)備相互干擾，保證設(shè)備的安全運(yùn)行。

6、變頻系統(tǒng)對(duì)輸油泵電機(jī)實(shí)行軟啟、軟停，減少了啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)沖擊，改善供電質(zhì)量同時(shí)也延長(zhǎng)了輸油泵電機(jī)的保養(yǎng)維護(hù)周期，由于使用變頻后與原來(lái)相比電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，低速運(yùn)行對(duì)油泵軸、軸承的磨損程度減少，這將大大延長(zhǎng)輸油泵的軸承，機(jī)械密封等易損件的壽命。

五、工程造價(jià)

本項(xiàng)目由4臺(tái)37KW 輸油泵組成，變頻器選用4臺(tái)37KW菱科LK600P系列油泵專(zhuān)用型變頻器，整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)如下表：

六、投資成本回收期

4臺(tái)輸油泵每天工作12個(gè)小時(shí)，每臺(tái)油泵1小時(shí)耗電量為35kW·h,12小時(shí)×35kW·h=420 kW·h/日,秦皇島的工業(yè)電價(jià)為0.57元kW·h, 根據(jù)實(shí)測(cè)的平均節(jié)電率為40%,則每天每臺(tái)油節(jié)約電費(fèi)如下；

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

 每 月 節(jié) 約 電 費(fèi): 30天×95.76元=2872.8元

 4臺(tái)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(gè)月內(nèi)收回。

七、結(jié)束語(yǔ)
　　在整個(gè)油庫(kù)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)中，輸油泵是整系統(tǒng)的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，也是整個(gè)運(yùn)作系統(tǒng)中的用電大戶，對(duì)輸油泵進(jìn)行節(jié)能降耗有一定的必要性，當(dāng)前對(duì)輸油泵進(jìn)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(lái)改善輸油泵工作效能。在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施運(yùn)行過(guò)程中，變頻器不只對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一次智能升極外，更使整個(gè)生產(chǎn)操作過(guò)程更體現(xiàn)人性化、智能自動(dòng)化，同時(shí)也產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益，比如油泵使用周期廷長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用減少等等，相信本項(xiàng)目的受益者比項(xiàng)目實(shí)施者更有體會(huì)。