變頻循環(huán)泵調(diào)節(jié)酸浴流量的創(chuàng)新應(yīng)用

安民

（唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司，河北唐山 063305）

設(shè)備與控制

變頻循環(huán)泵調(diào)節(jié)酸浴流量的創(chuàng)新應(yīng)用

安民

（唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司，河北唐山 063305）

針對(duì)黏膠短纖維生產(chǎn)過(guò)程中酸浴系統(tǒng)閃蒸循環(huán)流量自控閥運(yùn)行時(shí)間短、易損壞的難題進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)方案，同時(shí)對(duì)改造后效果和變頻節(jié)電進(jìn)行了分析總結(jié)。

酸浴；流量控制；變頻；節(jié)能

目前國(guó)內(nèi)企業(yè)，在黏膠短纖維生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)酸浴流量需使用較多的自控調(diào)節(jié)閥[1]，由于酸浴腐蝕性強(qiáng)，尤其一步提硝工藝的應(yīng)用，酸浴介質(zhì)中存在顆粒物，在自控調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過(guò)程中，其閥體和閥板易受磨損，進(jìn)而因腐蝕損壞，故障率一直較高，備件消耗量較大，更換維修工作量大；其次在酸浴循環(huán)系統(tǒng)中，循環(huán)泵選型普遍存在大馬拉小車的狀況，其流量控制普遍采用調(diào)節(jié)泵出口閥門和利用管道上自控閥調(diào)節(jié)流量，大量的能源被閥板消耗掉。為解決上述問(wèn)題，我們針對(duì)故障率較高的閃蒸循環(huán)系統(tǒng)閥門和系統(tǒng)節(jié)能進(jìn)行攻關(guān)，通過(guò)取消管道上的自控閥門，使用變頻調(diào)節(jié)器控制循環(huán)泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)控制酸浴流量的創(chuàng)新方案，解決上述問(wèn)題，并取得了一定的節(jié)電效果。

1 工作過(guò)程

原來(lái)酸浴閃蒸循環(huán)流量控制系統(tǒng)如圖1所示。

其工況和工作過(guò)程為：

圖1 酸浴閃蒸系統(tǒng)圖

P2201、P2202為55 kW閃蒸循環(huán)泵，F(xiàn)IC10001是自控[1]調(diào)節(jié)閥，其公稱直徑為DN 200 mm，材質(zhì)為聚四氟乙烯隔膜內(nèi)襯的碳鋼閥門；FIC10002是電磁流量計(jì)，其公稱直徑也為DN200 mm，內(nèi)襯材質(zhì)為聚四氟乙烯。工作中，酸浴溫度約為60℃。P2201閃蒸循環(huán)泵給A套閃蒸供酸，P2202閃蒸循環(huán)泵為備用。其流量調(diào)節(jié)通過(guò)FIC10001調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)FIC10002構(gòu)成閉環(huán)控制；其控制[2]原理圖如圖2所示，即流量計(jì)FIC1002將采集的流量信號(hào)以4～20 mA模擬量的方式傳輸給DCS控制系統(tǒng)，在DCS控制室操作人員可以設(shè)定為自動(dòng)方式或手動(dòng)方式對(duì)流量進(jìn)行調(diào)解，經(jīng)過(guò)DCS運(yùn)算的信號(hào)以4～20 mA模擬量的方式傳輸給現(xiàn)場(chǎng)的自控調(diào)節(jié)閥，從而控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的流量信號(hào)又被流量計(jì)采集，從而形成閉環(huán)控制[1]。

圖2 自控閥調(diào)節(jié)流量原理

2 存在問(wèn)題

2.1 節(jié)流調(diào)節(jié)的損耗

從以上的分析中，我們可以了解，酸浴閃蒸循環(huán)泵的流量調(diào)節(jié)屬于節(jié)流調(diào)節(jié)。即在水泵的出口管路上裝設(shè)自控閥門，通過(guò)改變閥門的開(kāi)度，使裝置需要揚(yáng)程曲線發(fā)生變化，從而導(dǎo)致水泵工作點(diǎn)位置的變化，從而調(diào)節(jié)流量。節(jié)流調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、可靠、方便，且調(diào)節(jié)裝置的初投資很少，故以前各種離心泵多采用這種調(diào)節(jié)方式。缺點(diǎn)是能量損失很大，由于流量大小靠閥門開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整，因此比較大的一部份能量損失在閥板上，目前正逐漸被其它調(diào)節(jié)方式所取代。

2.2 腐蝕損壞問(wèn)題

在黏膠短纖維生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，自控[1]調(diào)節(jié)閥需要長(zhǎng)期動(dòng)作，隨著行業(yè)內(nèi)酸站車間一步提硝工藝改造的推廣，提硝過(guò)程中，酸浴中有少量結(jié)晶物，膜片極易損壞，在一般情況下，閥體漏酸時(shí)才發(fā)現(xiàn)隔膜損壞，此時(shí)整個(gè)閥體已經(jīng)受損報(bào)廢，為減少閥體受腐蝕，只能加大力度定期更換閥門，備件消耗和人工工作量較大。

3 解決方案

根據(jù)循環(huán)泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比；泵的揚(yáng)程與其轉(zhuǎn)速的平方成正比；泵的軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比的基本原理，利用變頻調(diào)節(jié)閃蒸循環(huán)泵轉(zhuǎn)速控制酸浴流量，取消易損壞的調(diào)節(jié)閥?？刂茩C(jī)理如圖3所示。

圖3 流量調(diào)節(jié)圖

圖3中，曲線1是閥門全部打開(kāi)時(shí)，水泵阻力特性；曲線2是額定轉(zhuǎn)速時(shí)，泵的揚(yáng)程特性。供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)為A點(diǎn)，流量為QA、揚(yáng)程為HA，電動(dòng)機(jī)軸功率與面積O-QA-A-HA成正比。如將流量減少到QB，主要的調(diào)節(jié)方法有兩種：

（1）循環(huán)泵轉(zhuǎn)速不變，將水泵出口閥或調(diào)節(jié)閥門關(guān)小，這時(shí)水泵阻力特性曲線如曲線3所示，泵工作點(diǎn)移至B點(diǎn)：流量QB、揚(yáng)程HB、電動(dòng)機(jī)軸功率與面積O-QB-B-HB成正比。

（2）如將循環(huán)泵閥門開(kāi)度不變，仍處于全部打開(kāi)狀態(tài)，通過(guò)變頻調(diào)速器降低泵轉(zhuǎn)速，這時(shí)揚(yáng)程特性如曲線4所示，水泵工作點(diǎn)移至C點(diǎn)：流量仍為QB，但是揚(yáng)程為HC;電動(dòng)機(jī)軸功率與面積O-QB-C-HC成正比。

通過(guò)原理分析，調(diào)節(jié)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速可滿足酸浴流量和揚(yáng)程要求，同時(shí)泵降速后，電動(dòng)機(jī)軸功率由面積O-QB-B-HB降至面積O-QB-C-HC，電機(jī)軸功率減少幅度較大。

4 變頻循環(huán)泵的創(chuàng)新應(yīng)用

4.1控制原理

從圖4可以看出，工藝上取消了自控調(diào)節(jié)閥門FIC1001，只是保留了電磁流量計(jì)，使用其信號(hào)作為控制電動(dòng)機(jī)[2]的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)。其電氣控制[2]原理圖如圖5所示，其流量調(diào)節(jié)通過(guò)BP30001（BP30002）變頻調(diào)速器[3]和流量計(jì)FIC10002構(gòu)成閉環(huán)控制[1]；即流量計(jì)FIC1002將采集的流量信號(hào)以4～20 mA模擬量的方式傳輸給DCS控制系統(tǒng)，在DCS控制室操作人員可以設(shè)定為自動(dòng)方式或手動(dòng)方式對(duì)流量進(jìn)行調(diào)解，經(jīng)過(guò)DCS運(yùn)算的信號(hào)以4～20 mA模擬量的方式傳輸給現(xiàn)場(chǎng)的BP30001（BP30002）變頻調(diào)速器，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后[1]的流量信號(hào)又被流量計(jì)采集，從而形成閉環(huán)控制。酸浴調(diào)節(jié)過(guò)程手閥1與2處于全開(kāi)狀態(tài)，避免損失及閥門損壞。

圖4 改造后的系統(tǒng)圖

圖5 變頻改造后的電氣原理圖

4.2 改造后的工作過(guò)程

以A套閃蒸循環(huán)泵為例，取消循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥后，DCS接收電磁流量計(jì)FIC10002的4～20 mA流量信號(hào)，DCS根據(jù)實(shí)際流量值進(jìn)行PID運(yùn)算，調(diào)整閃蒸循環(huán)泵P2201變頻器頻率，如設(shè)定循環(huán)量160 m3／h，當(dāng)流量低時(shí)，DCS輸出4～20 mA信號(hào)，提高電機(jī)轉(zhuǎn)速；流量高時(shí)，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速。同時(shí)變頻器設(shè)定最低頻率限制30 Hz，確保循環(huán)泵的揚(yáng)程滿足工藝系統(tǒng)要求，而且防止電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)低，風(fēng)扇自冷卻功能下降幅度過(guò)大，燒毀電機(jī)繞組。

4.3 控制信號(hào)分配

圖6為酸浴流量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換圖，DCS接收電磁流量計(jì)FIC10002的4～20 mA流量信號(hào)，通過(guò)控制裝置分別送給模擬輸出卡1與2，模擬輸出卡1與2與BP30001變頻調(diào)速器及BP30002變頻調(diào)速器連接。當(dāng)任1臺(tái)循環(huán)泵或2臺(tái)循環(huán)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變頻調(diào)速裝置得到同一調(diào)節(jié)信號(hào)，從而保證了循環(huán)泵同工同頻運(yùn)行。

圖6 酸浴流量控制信號(hào)轉(zhuǎn)換圖

5 改造后的分析

5.1 電動(dòng)機(jī)頻率和酸浴流量

改造后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率和酸浴流量對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

從表1中，可看出調(diào)節(jié)閥取消后，在閃蒸循環(huán)泵出口閥全部打開(kāi)的狀態(tài)下，隨著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率提升，酸浴流量也穩(wěn)定逐漸提升，經(jīng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)完全滿足工藝要求。

表1 頻率和酸浴流量對(duì)應(yīng)關(guān)系表

5.2 節(jié)電對(duì)比

表2為A套閃蒸循環(huán)泵正常生產(chǎn)情況下，改造前后對(duì)比表。

由表2可知；采用變頻調(diào)速[3]后，電機(jī)運(yùn)行功率由47.5 kW降至29 kW，可節(jié)約功率18.5 kW,單臺(tái)閃蒸循環(huán)泵節(jié)電率在38.9%，節(jié)能效果明顯。

表2 變頻改造節(jié)電對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

閃蒸循環(huán)泵改造后具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）創(chuàng)新解決了聚四氟乙烯調(diào)節(jié)閥易損壞的難題。

（2）節(jié)能效果顯著，設(shè)備的節(jié)電率在35%以上。

（3）實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大幅度下降，避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（4）設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，消除了起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的水錘效用，延長(zhǎng)管路使用壽命。

[1]王建輝.自動(dòng)控制原理[M].4版.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[2]劉介才.工廠供電[M].第二版.北京.機(jī)械工業(yè)出版社出版，1991.

[3]北京ABB電氣傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司.低壓交流傳動(dòng)ACS510-01變頻器（1.1-160 kW）用戶手冊(cè)[Z].2009.

INNOVATIVE APPLICATION OF FREQUENCY CONVERSION CIRCULATION PUMP TO ADJUST ACID BATH FLOW RATE

AN Min
(Tangshan Sanyou Group Xingda Chemical Fibre Co.,Ltd.,Tangshan 063305,China)

This article analyzes the problems of short operation time,easy to damage of flash cycle flow control valve in acid bath system during the process of viscose staple fiber production,put forward the improvement scheme,and discusses the transformation effect and frequency conversion power saving.

acid bath;flow control;variable frequency;energy saving

TH318；TM921.51

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.010

1672-500X(2013)03-0033-05

2013-06-05

安民(1973-)，男，河北省遷安市人，高級(jí)工程師，從事電氣運(yùn)行維護(hù)，電氣開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。