高压变频器在离心式循环压缩机上的应用
| 文/利德华福技术工程部 供稿 |
[摘要]通过对离心式循环压缩机运行工艺的了解，山东淄博诺奥化工采用利德华福研发、生产的高压变频器对电机进行调速改造，取得了很大的节能效益。
[关键词]离心式循环压缩机? 高压变频器?? 节能
一、项目概况
山东淄博诺奥化工有限公司成立于2006年，是由齐鲁石化第二化肥厂综合利用化工厂改制成立的，公司位于齐鲁石化第二化肥厂西部，经过几年发展，公司拥有20000t/a丙醛装置，10000t/a丙醇装置，15000t/a丁辛醇残液回收装置，30000t/a辛醇装置，其中高压变频器应用在丙醛车间的循环气压缩机上。此负载设备为离心式循环压缩机，参数如下：
| 压缩机型号 | 4V-2S | 电动机型号 | YB450M1-2 |
| 生产厂家 | 锦西化工机械厂 | 生产厂家 | 南阳防爆电机厂 |
| 介质 | 合成气（CO，H2等） | 额定功率Pdn | 450kW |
| 功率 | 323 kW | 额定转速n0 | 2980 r/min |
| 额定转速 | 14029 r/min | 额定电压U0 | 6kV |
| 额定流量 | 20190 m3/h | 额定电流I0 | 52.1A |
| 入口压力 | 1.35 MPa | 额定功率因数 | 0.88 |
| 出口压力 | 1.85 MPa | ||
| 增速箱增速比 | 1:4.7 |
二、生产工艺流程
来自齐鲁石化第二化肥厂丁辛醇车间的合成气与齐鲁石化烯径厂的乙烯混合进入合成反应塔，在催化剂的作用下生成气相丙醛经过冷却，冷凝得到粗丙醛，气体经循环气压缩机，返回合成反应器，液相粗丙醛进入精馏塔精馏得到丙醛产品。粗丙醛收集系统工艺流程如图1所示：
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| 图1：粗丙醛收集系统工艺流程图 |
三、改造方案
1.变频调速原理
按照电机学的基本原理，电机的转速满足如下的关系式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s) ………①
式中：P-电机极对数；f-电机运行频率；s-滑差。
从式中看出，电机的同步转速n0正比于电机的运行频率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情况下比较小（0-0.05），电机的实际转速n约等于电机的同步转速n0，所以调节了电机的供电频率f，就能改变电机的实际转速。
而改变频率必须改变供电电压，由交流电机成立的电磁关系式：
E=4.44fwΦ ………②
式中：E-电机电动势，f-定子频率，W-绕组系数，Φ-气隙主磁通。
对异步电机调速时，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改变频率时，供电电压也应跟着变化。
2.高压变频器技术路线的选择
目前，因为功率器件耐压的限制，高压变频器没有像低压变频器一样，有统一的拓扑结构。目前，市场上主流的高压变频器多采用单元串联多电平的拓扑结构，系统结构如图2所示：
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| 图2：高压变频器系统结构图 |
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| 图3：运行中的高压变频器 |
通过咨询，我们决定采用一拖一手动旁路方案：主回路由负荷开关QF、3个高压隔离开关QS1、QS2和QS3及高压变频器组成（如图3）。其中要求QS2和QS3不能同时闭合，在机械上实现互锁。高压隔离开关QS1、QS2、SQ3加装电磁锁，电磁锁的操作电源使用QF的辅助触点闭锁。只有当QF断开时，QS1、QS2、SQ3的电磁锁才能得电，可以正常操作。在变频运行时，QS1和QS2闭合，QS3断开，变频器得电启动后，电机处于变频运行状态；工频运行时，QS3闭合，QS1和QS2断开，QF闭合后，电机实现工频直接启动，恢复改造前的运行状态。
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| 图4：高压变频器工频旁路原理图 |
四、高压变频器节能改造情况
1.现场技术数据：
改变频后比工频运行时的参数对比表：
| 工频 | 变频 | |
| 电机转速 | 2980r/min | 1200r/min |
| 输入电流 | 47A | 7A |
| 功率因数 | 0.47 | 0.85 |
| 出口阀门（FV1001）开度 | 35%-40% | 100% |
| 入口压力 | 1.35MPa | 1.35MPa |
| 出口压力 | 1.85MPa | 1.43MPa |
| 压力差 | 0.5MPa | 0.08MPa |
| 出口流量 | 20190m3/h | 8455m3/h |
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五、电机变频改造后的运行情况
采用变频调速后，带来的最大好处有以下几点：
1.电机实现软启动，电机启动电流远远小于额定电流，启动时间相应延长，对电网冲击很小。
2.压缩机出入口压力差降低了很多。以前压差5公斤，设备啸叫严重，能达到120分贝；改变频后压差为0.8公斤，噪音仅为75分贝左右。从而减轻了起动机械转矩对电机机械损伤，降低了噪音，有效的延长了电机的使用寿命，相应地延长了许多零部件的寿命；同时极大的减轻了对管道的冲击，有效延长了管道的检修周期，减少了检修维护开支，节约大量维护费用。
3.输入电流减少很多，以前电流很多都做了无功，浪费极大。下图4的运行参数为例，可见其输入电流减少了很多。
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| 图5：2008年9月2日高压变频器运行参数 |
六、结论
我公司通过对循环气压缩机的电机变频调速改造，有效解决了之前运行过程中出现的启动困难问题，改善了生产工艺，延长了设备检修周期，并且取得了良好的经济效益。随着高压变频器市场的进一步成熟，将会有越来越多的设备列入改造之列，为国家的节能减排作出贡献。
参考文献
[1].高压变频调速系统HARSVERT-A系列技术手册 北京利德华福电气技术有限公司
[2].高压变频器应用资料汇编－石化行业 北京利德华福电气技术有限公司
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