菱科變頻器在儲油庫輸油泵的應用
前言：
在油庫經營生產過程中，輸油泵在整個生產系統(tǒng)中是日均使用頻率最高的設備，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。
關鍵字：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，原來設計37KW的輸油泵時是為二臺裝油車同時作業(yè)而設計，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，利用變頻器調速器來運行輸油泵，以得到流量和壓力可調，根據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)采用變頻調速運行的節(jié)能技術原理
油泵在原有的工作特性為電機啟動以50Hz運轉，轉速為1420r/min轉，輸出流量180立方，轉速與流量壓力成正比，如圖所示：
油泵在原有的工作特性為電機啟動以50Hz運轉，轉速為1420r/min轉，輸出流量180立方，轉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，通過油泵電機轉速的變化，流量也隨著轉速降低而降低，所以只有使用變頻器才能使油泵電機的轉速變成自由可調，同時也使油泵的流量和壓力可調，通過變頻的調節(jié)來達到現(xiàn)有的生產工藝要求。我們采用北京中達菱科電氣有限公司生產的菱科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速功能來實現(xiàn)流量和壓力可調，以任意調節(jié)電機轉速來達到目的，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?---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速變化，電機負載電流也隨著變化。當然由于電機轉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)據是本公司在現(xiàn)場電機運行所測的實際數(shù)據。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速、電機運行電流以及在任意轉速時的流量變化。
圖2： 37KW輸油工頻運行時的電機負載電流
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。
|
油泵電機型號 |
工頻運行時電流
(A) |
變頻運行時電機轉速成
（Hz. r/min） |
油泵實際負載電流
（A） |
油泵輸出流量
（立方） |
|
Y225M-4
37KW |
74A |
50Hz-1420r/min |
74A |
173 |
|
45Hz-1278r/min |
61A |
158 | ||
|
40Hz-1136r/min |
51A |
123 | ||
|
37Hz-1050r/min |
49.5A |
117 | ||
|
35Hz-994r/min |
48A |
110 | ||
|
33Hz-937r/min |
47.5A |
107 | ||
|
30Hz-852r/min |
45A |
90 | ||
|
25Hz-710r/min |
43A |
71 | ||
|
20Hz-568r/min |
43A |
40 |
現(xiàn)場數(shù)據：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，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速,使油泵輸出一個合理的流量和壓力以滿足生產要求，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)電機的無級調速，從而使管網油壓連續(xù)變化。壓力變送器的任務是檢測管網的流量和壓力，流量和壓力的設定單元為系統(tǒng)提供滿足用戶需求的流量和壓力的期望值。流量和壓力的設定信號通過4-20mA電流反饋信號輸入變頻器后再經變頻器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號，變頻器接收到4-20mA電流信號時開始工作，先啟動輸油泵電機，使管網流量油壓達到設定值，之后變頻器的輸出頻率隨著流量和壓力到達頂點時，變頻器轉速開始下降，直至保持管網壓力和流量輸送在符合生產要求的所需要預定值內。當輸油量增加或開啟二個出油閥時管網壓力減弱，壓力變送器將這一信號處理成4-20mA信號送入變頻器，（注：變頻器是根據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，通過變頻的內置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，操作臺為二個吏密斯電磁閥，利用電磁閥的開關來承擔給運油車注油工作，吏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定大小，所設定的變送值對應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，根據信號源大小再通過變頻器內置的PID控制計算，能自動完整地使輸油泵在預定的流量壓力內工作，來達到本生產線的生產工藝要求。
四、系統(tǒng)方案
在油庫經營生產過程中，輸油泵在整個系統(tǒng)中屬于非常重要的生產設備，要求變頻器能長時間連續(xù)運轉，應具備的性能外更要有極高的可靠性，在了解現(xiàn)場的生產工藝特點并結合本設計方案，本系統(tǒng)設計時應具備適應現(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)設計時具備以下功能：
在油庫經營生產過程中，輸油泵在整個系統(tǒng)中屬于非常重要的生產設備，要求變頻器能長時間連續(xù)運轉，應具備的性能外更要有極高的可靠性，在了解現(xiàn)場的生產工藝特點并結合本設計方案，本系統(tǒng)設計時應具備適應現(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)設計時具備以下功能：
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