森蘭變頻器在煉油廠(chǎng)的應(yīng)用
摘要：本文應(yīng)用希望森蘭變頻器SB61、工控機(jī)實(shí)現(xiàn)石化行業(yè)液化氣提取的自動(dòng)化。
關(guān)鍵詞：變頻器、工控機(jī)
1、引言
變頻調(diào)速是一種高效的調(diào)速方式，它調(diào)速精度高、調(diào)速范圍寬和操作方便，并且可利用變頻器上自帶的RS485串行通訊口實(shí)現(xiàn)和控制系統(tǒng)的通訊，以便于隨時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況，有利于生產(chǎn)正常進(jìn)行。2002年我公司對(duì)煉油廠(chǎng)丙烷壓縮機(jī)液化氣的提取系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化改造，改造后除提高工藝操作水平外，而且節(jié)能20%左右，經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。
2、森蘭SB61變頻器的主要特點(diǎn)
丙烷壓縮機(jī)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)變頻器的可靠性、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有一定的要求。由于變頻器是該自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分，為減少干擾，要求輸出波形中有較低的諧波含量，因此，選用我公司生產(chǎn)的SB61全能王變頻器。該變頻器采用先進(jìn)的矢量控制算法，功能齊全，在各種行業(yè)中應(yīng)用自如。可以選擇V/f開(kāi)環(huán)、V/f閉環(huán)、無(wú)PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可選用鍵盤(pán)和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通訊口，便于與計(jì)算機(jī)組網(wǎng)控制。在設(shè)計(jì)中進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，電磁兼容設(shè)計(jì)，穩(wěn)定性分析等。考慮到人性化因素，SB61系列變頻器美觀(guān)大方，雖然功能齊全，但參數(shù)設(shè)定簡(jiǎn)單，操作非常方便，是一款性?xún)r(jià)比很高的產(chǎn)品。
3、工藝過(guò)程
3.1 液化氣的提取工藝系統(tǒng)
液化氣的提取工藝系統(tǒng)如圖1所示：
圖1
圖1中:
P0—入口壓力，外部供氣壓力；
P1—進(jìn)氣口壓力，進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)后壓力，要求＜0.6Mpa；
P2—壓縮機(jī)出口壓力,要求1.2Mpa～1.7Mpa；
P3—分離塔壓力,要求1.08Mpa；
L1—入口流量,壓縮機(jī)吸氣量；
L2—出口流量,壓縮機(jī)排氣量；
閥門(mén)開(kāi)度：生產(chǎn)要求進(jìn)氣閥開(kāi)度30%～50%。
出口閥開(kāi)度80%～100%。
工藝過(guò)程：
煉油產(chǎn)生的氣體，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)加壓后凝為液態(tài)進(jìn)入分離塔，經(jīng)過(guò)吸收等其他加工工藝，提取出石油液化氣。進(jìn)氣口壓力P1要求小于0.6MPa，壓縮機(jī)出口壓力P2可達(dá)到1.2MPa～1.7MPa之間，經(jīng)出口閥調(diào)節(jié)后保證分離塔壓力P3在1.05MPa。如果某種原因使分離塔壓力升高，為安全起見(jiàn)則將泄壓閥打開(kāi)，將分離塔內(nèi)的液體經(jīng)管道回流進(jìn)氣口。
調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度使P1指示壓力小于0.6MPa，P3壓力在1.08MPa左右。操作操作人員根據(jù)P1、P2、P3上的指示值進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)氣的壓力P0一般來(lái)說(shuō)不是很穩(wěn)定，為使控制準(zhǔn)確，需知道P0與P1、P2、P3的變化的關(guān)系如表1所示：
P0不變時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開(kāi)度與P1，P2，P3變化關(guān)系如表2所示：
4、系統(tǒng)的構(gòu)成
由表1和表2所反映的在P0改變時(shí)和進(jìn)口閥開(kāi)度改變時(shí)，P1、P2、P3和L1、L2的變化可見(jiàn)，進(jìn)氣P0的升高或降低，使P1，L1和L2發(fā)生相應(yīng)的改變。如果要使流量L1和L2不變,可調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開(kāi)度往P0增加的相反方向變化，即P0增大，進(jìn)口閥開(kāi)度減少，或P0降低，進(jìn)口閥開(kāi)度增大。
為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，希望進(jìn)入分離塔的丙烷流量不要太大的波動(dòng)。為此控制方式可有兩種選擇，一種采用流量控制方式，用流量變送器采集的流量信號(hào)回饋到控制系統(tǒng)上，使系統(tǒng)組成為一流量閉環(huán)系統(tǒng)，這樣不論P0如何變化，都可保證流量基本不變。另一種方式是用P1信號(hào)作為反饋信號(hào)，只要使P1保持穩(wěn)定流量就基本不變。因此，在進(jìn)氣壓力P0波動(dòng)時(shí)，使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，使P1不變，即可使流量基本不變。于是以壓力信號(hào)P1作為反饋信號(hào)組成壓力閉環(huán)系統(tǒng)。這里P1信號(hào)在壓縮機(jī)輸入管道上，但是P1的變化是壓縮機(jī)調(diào)速后的結(jié)果，作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號(hào)是可行的。由此可見(jiàn)，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開(kāi)度在工藝上可達(dá)到相同的效果。本系統(tǒng)的壓縮機(jī)電機(jī)功率為160KW，工頻運(yùn)行時(shí)，流量的改變靠閥門(mén)節(jié)流調(diào)節(jié)，浪費(fèi)了大量的能源，機(jī)械的磨損未能減低，影響機(jī)組的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，采用一臺(tái)SB61系列160kW變頻器與壓力變送器P1構(gòu)成恒壓控制。系統(tǒng)如圖2所示：
圖2 變頻器控制系統(tǒng)
為提升整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，引入工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖3：
圖3 監(jiān)控系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采集壓力，流量,閥門(mén)開(kāi)度等模擬量，輸出模擬量調(diào)節(jié)電動(dòng)閥開(kāi)度;采集報(bào)警，和其他開(kāi)關(guān)信號(hào)，輸出備用系統(tǒng)起動(dòng)信號(hào)，停止信號(hào)等。工控機(jī)通過(guò)RS485實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器進(jìn)行控制，P1壓力通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集，經(jīng)工控機(jī)處理后,由RS485將控制信號(hào)送到變頻器,控制變頻器的頻率的升降，達(dá)到恒定P1的目的，最終使流量基本不變.當(dāng)然還要控制變頻器的起停，同時(shí)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)也要送工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。工控機(jī)為一臺(tái)CPU PⅢ，內(nèi)存128M，硬盤(pán)20G的研祥工控機(jī)，配置數(shù)據(jù)采集卡，溫度信號(hào)處理卡，開(kāi)關(guān)信號(hào)接線(xiàn)板，RS485通訊卡，RS485通訊模塊等。
模擬量數(shù)據(jù)采集卡將壓力、流量、閥門(mén)開(kāi)度、電機(jī)溫度和管道溫度等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字信號(hào)，每一路信號(hào)占用數(shù)據(jù)采集卡上一個(gè)模擬通道，互不影響，采樣周期為300ms。SB61變頻器支持RS485半雙工串行通訊方式，通過(guò)在工控機(jī)上用IP函數(shù)或VB的MSCDMM通訊控件編制串行通訊程序，即可實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與變頻器之間的通訊，本系統(tǒng)用VB的通訊控件編制。將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)，經(jīng)實(shí)時(shí)分析處理后，通過(guò)組態(tài)王監(jiān)控畫(huà)面，監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)及設(shè)備的運(yùn)行狀況，歷史曲線(xiàn)的分析，實(shí)時(shí)報(bào)表，歷史報(bào)表的打印，聲光報(bào)警等。
5、結(jié)束語(yǔ)
原系統(tǒng)是在人為觀(guān)察P1壓力的情況下，改變進(jìn)口閥的開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足工藝上的要求，在P0波動(dòng)比較頻繁時(shí)，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。控制系統(tǒng)投入運(yùn)行后一般不需要人工干預(yù)，可在遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)的地方進(jìn)行監(jiān)控。壓縮機(jī)用變頻器驅(qū)動(dòng)后節(jié)能效果明顯,據(jù)用戶(hù)測(cè)算可節(jié)能18%～22%。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和運(yùn)行電流均在額定電流以下，減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。電機(jī)速度不總是在工頻工作，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，系統(tǒng)的安全性也有所提高。
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