变频调速器在常压塔液位控制中的应用

    液位是许多工业生产中的重要参数之一，在化工、冶金、医药、航空等领域里，对液位的测量和控制效果直接影响到产品的质量。在油田生产中，油气集输、油气加工、含油污水处理、油田注水等主要生产工艺都是通过各种泵来完成的。目前这些油、水泵大都采用交流电动机来拖动，简单地在工频下恒速运行，在需要调节流量的地方，用机械阀门来调节，节流损失非常大。根据泵的原理，泵的输入功率与泵的转速立方成正比．因此，用变频调速的方法调节泵的流散是降低电耗的最有效的方法。    以某常压塔为例，塔底使用的是80AYⅡ1002B型离心热油泵，电机功率45kW。常压塔液位由泵出口管路上的气动薄膜调节阀控制。由于原油加工量受成品油及原油供应情况的制约，调节阀有时处于1/2开度以下，阀前压力为1. 5MPa，阀后压力仅0. 2～0. 3MPa，说明系统阻力很大。由于电机输出功率未变，所以大部分能量消耗在克服阀门和系统的阻力上，这样不但能耗大，而且泵、阀磨损也很严重，给正常的生产带来了极大的威胁。    ①控制方案    常压塔内介质流量与塔底泵的转速是成正比的，泵速高，流量就大；反之，泵速低，流量就小。所以只要控制塔底泵电动机的转速，就能调节塔内介质的流量。电机转速调节方法有多种，而变频调速技术具有调速范围广、精度和效率高等特点，因此选用其来调节塔底泵电机的转速。我们设计的变频调速系统主要由三部分组成：即笼型异步电动机、变频器和控制器。变频电源是该系统的关键设备，变频器为日本进口FRN45P9S-4JE型逆变器，额定容量69kV·A，额定输出频率0.2～120Hz。从方便操作和节约投资方面考虑，两台泵共用1台变频器和1个控制器。    ②控制原理及特点
    图4-27    流程图控制    C1～C4-接触器    控制流程如图4-27所示。当常压塔内液位增加时，液位传感器将信号传递到气电传感器（此时PID调节器关闭，调节阀隔离），由于气电转换器输出的电信号(4～20mA)增加，使得变频器输出频率增加，塔底泵电机转速增加，泵输出量增大，因而液位便自动降低（常压塔内原料油进量不变）。反之亦然。该系统有以下两个突出特点。    a．液位信号传输系统改造简单，工作量小，经济可靠。由于变频系统运行时气动调节阀隔离，副线阀门和泵后控制阀全开，故可最大限度地减小塔底介质的流通阻力．原有的气动调节部分完全可以去掉。但从生产和运行的可靠性考虑，仍保留了这一部分，只是在PID调节器前增加一个三通阀门，将液位信号引至气电转换器，变频运行时将PID调节器关闭，而当变频系统出现故障时可切换至工频运行，即仍可用气动调节阀控制液位。这样，当变频系统运行时，电机和泵既是动力源，又是可控制的自动（或手动）调节执行机构，因此常压塔内液位就可自行控制在生产工艺所要求的给定范围内。    b．该变频系统功能齐全，安全可靠，且操作方便。使用该变频系统，常压塔底泵可变频运行，也可工频运行，两台泵既可单独启用，也可同时投用。因此当变频系统出现故障时可切换至工频，或当一台泵输出量不够时可两台泵同时投入运行。通过控制操作柜可实现如泵的开关和切换，变频和工频运行状态转换等，只要按动控制按钮即可完成相应的操作。正常工作状态分为自动和手动两种。处于自动状态时，变频器接受气动转换器输出的4～20mA液位信号，自动调整塔底泵电机转速，自动控制液位。当气电转换器出现故障而无电信号输出时，只需将功能转换开关置于手动位置，就可使变频器接受控制面板上电位器0～5V的信号，调整塔底泵转速，实现手动控制液位。变频器的显示器还可根据需要和设定，显示出电机变频运行的频率、电压、电流及电机转速等运行参数，以便操作工及时掌握装置运行情况。特设的报警保护系统不但具有过流等多种保护功能，还有记录功能，可以从显示器上检索到故障代码，很容易查明故障原因，判定故障发生位置，从而使维修工快速进行有针对性的维修。    ③运行效果及经济效益    该变频系统自投用后改变了以往常压塔内液位波动大、操作不易控制的状况。该系统投运前后的数据是，常压塔底泵转速分别为2900r/min和1100r/min（平均），电流分别为45A和18A（平均）；泵后系统压力分别为1. 5MPa和0.4MPa；塔底泵密封泄漏周期由50天延长到180天；功耗由25kW降低到10kW（平均）；每天可节约电力360kW，每年节省电费近6万元。该系统投资5.5万元，一年内就收回了投资。    常压塔变频调速系统的运行结果表明，变频调速系统控制效果好，经济效益显著，且具有控制简便、操作平稳、安全可靠等优点，达到了提高产品收率、节能降耗的目的。此外，泵、阀的磨损大为降低，既减少了维修工的劳动强度和工作量，又节约了维修费用。