臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)的變頻控制

徐宏偉

（錦州開元石化有限公司，遼寧錦州 121001）

1 工藝簡(jiǎn)介

磺酸鹽回收裝置中，因?yàn)楣腆w濾渣與溶解的磺酸鹽混合液體密度不同，可以通過3臺(tái)離心機(jī)分離出來?；撬猁}混合液體通過蒸餾釜蒸餾得到初級(jí)品，經(jīng)由過濾器后得到高純度磺酸鹽精品，其中的固體濾渣由干燥器進(jìn)行干燥處理，最后密封送到指定地點(diǎn)儲(chǔ)藏。

磺酸鹽回收裝置中承擔(dān)主要分離任務(wù)的是1臺(tái)臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)。其工作原理：通過物料動(dòng)力泵將儲(chǔ)罐中含濾渣的磺酸鹽溶劑打入計(jì)量罐，然后靠壓差流入抽提釜，再流入過濾裝置；過濾后物料進(jìn)入1臺(tái)分離機(jī)進(jìn)行分離操作，分離出的液體成分為初級(jí)液相產(chǎn)品，流入初級(jí)液相儲(chǔ)存器，初級(jí)品由動(dòng)力泵送入次級(jí)碟片分離機(jī)，產(chǎn)生次級(jí)液相品流入緩沖罐，由泵再經(jīng)終級(jí)碟片分離機(jī)分離操作；分離出來的液相產(chǎn)品通過蒸餾釜?jiǎng)恿Ρ盟腿霌Q熱器進(jìn)行換熱過程，最后進(jìn)入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾處理，產(chǎn)生的氣體成分經(jīng)由冷卻管后成為冷卻液進(jìn)入回收液儲(chǔ)罐，回收液經(jīng)過循環(huán)泵再打入磺酸鹽混合液體儲(chǔ)罐，進(jìn)行循環(huán)再利用。蒸餾釜下層的液體經(jīng)蒸餾釜?jiǎng)恿Ρ么蜻M(jìn)過濾儲(chǔ)存器，并經(jīng)過攪拌機(jī)攪拌和蒸汽加熱，通過打料泵打入壓濾機(jī)過濾，符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)后由成品動(dòng)力泵送入成品罐中。在這一過程中，分離機(jī)與生產(chǎn)出的磺酸鹽產(chǎn)品是否符合標(biāo)準(zhǔn)緊密相關(guān)。

2 LW355×1160-NC型分離機(jī)工作原理及特點(diǎn)

整個(gè)離心分離過程可以分為3步，即過濾產(chǎn)品組分、沉淀產(chǎn)品組分和分離產(chǎn)品組分，與其配套的有3種離心機(jī)。其中，負(fù)責(zé)沉淀產(chǎn)品是臥式螺旋離心機(jī)。臥式螺旋離心機(jī)有單機(jī)處理能力大、操作方便、能連續(xù)自動(dòng)操作、勞動(dòng)強(qiáng)度低、占地面積少、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。由于密度不同，含固體濾渣的磺酸鹽在離心機(jī)的作用下，通過設(shè)定轉(zhuǎn)鼓速度達(dá)到機(jī)械脫離的目的。該磺酸鹽裝置采用的是LW355×1160-NC臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓直徑355 mm，轉(zhuǎn)鼓工作長(zhǎng)度1160 mm，轉(zhuǎn)鼓最大工作轉(zhuǎn)速4000 r/min，螺旋差轉(zhuǎn)速≤30 r/min，最大分離因數(shù)為3130，最大通過量為15 m3/h，主電機(jī)功率18.5 kW，輔電機(jī)功率為7.5 kW。

圖1 1LW355×1160-NC型離心機(jī)結(jié)構(gòu)

從圖1還可以看出該型離心機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理。錐段位于轉(zhuǎn)鼓的前端，依據(jù)磺酸鹽固液混合物中各成分的物理性質(zhì)不同，需要提前設(shè)置好離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓速度。磺酸鹽固液混合物隨著轉(zhuǎn)鼓體的離心運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，其中重組分顆粒在離心力的作用下留在轉(zhuǎn)鼓殼體，最后通過轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)脫離離心機(jī)，而輕組分固體顆粒及液相通過轉(zhuǎn)鼓的排流孔流出離心機(jī)。排流口位置、離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率、物料入口時(shí)間等，直接影響濾渣的干燥程度和濾液提煉量的百分比。

3 轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)

轉(zhuǎn)差率對(duì)處理量、停留時(shí)間和固體排出有直接影響。生產(chǎn)過程中，隨著物料組成和處理量等工藝參數(shù)的變化，需要調(diào)整轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率以滿足生產(chǎn)需要。調(diào)整轉(zhuǎn)差率的方法有：傳統(tǒng)的改變轉(zhuǎn)差率的方法是采用行星差速器，需要更換不同齒數(shù)的齒輪或帶輪，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率復(fù)雜，且為有級(jí)調(diào)速，設(shè)備不易工作在最佳狀態(tài)；采用液壓馬達(dá)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率的方法，需要配備儲(chǔ)油箱、油泵以及驅(qū)動(dòng)油泵電機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，密封不好、容易漏油；采用安裝渦流制動(dòng)器的方法，有能耗大的缺點(diǎn)。為克服上述幾種轉(zhuǎn)差率調(diào)節(jié)的缺點(diǎn)，采用了變頻器控制、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方法，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，達(dá)到改進(jìn)臥式螺旋離心機(jī)分離效果的目的。采用變頻控制還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并且還有過流、過載、過壓等保護(hù)功能。當(dāng)負(fù)載或電機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，變頻器能進(jìn)行故障停機(jī)（圖2）。

4 硬件配置

臥式螺旋離心機(jī)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于正常運(yùn)行中副電機(jī)發(fā)電產(chǎn)生再生電流，使變頻器主電路直流電壓過高，會(huì)引起變頻器保護(hù)動(dòng)作，因此需要合理的處理再生電流。在該變頻器主電路中，P（+）和N（-）端子為主電路中間直流電壓輸出，可以連接外部制動(dòng)單元和電源再生單位。為了消除再生電流，將副機(jī)變頻器的 P（+）和 N（-）與主機(jī)變頻器的P（+）和 N（-）分別相連，實(shí)現(xiàn)直流母線共用，使螺旋驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出的能量經(jīng)逆變器通過公用直流母線回送至轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆變器，充當(dāng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)鼓電機(jī)電能的一部分，不但解決了再增電流引起的保護(hù)動(dòng)作的問題，而且節(jié)約能源。考慮到變頻器的控制、故障、負(fù)載特性和主回路保護(hù)等，要確保變頻器進(jìn)線相位一致、并在合適時(shí)機(jī)接通和斷開直流母線，防止故障擴(kuò)大，方便故障處理。另外，還要確保在啟動(dòng)過程中螺旋轉(zhuǎn)速不超過轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，即保證副機(jī)不過載。為防止這種情況發(fā)生，一方面通過副機(jī)延時(shí)啟動(dòng)（即主機(jī)達(dá)到一定頻率后啟動(dòng)）預(yù)防，另一方面通過設(shè)置F07功能控制兩變頻器的加速時(shí)間，使副機(jī)加速速度略低于主機(jī)加速速度，保證副機(jī)啟動(dòng)中不過載。

變頻器機(jī)柜設(shè)置在非防暴器區(qū)，其電器控制原理：現(xiàn)場(chǎng)啟停顯示盒用于離心機(jī)的啟?？刂?，并通過P1及P2顯示主機(jī)、副機(jī)電流；主機(jī)變頻器、輔機(jī)變頻器和為空氣開關(guān)，作為2臺(tái)變頻器的進(jìn)線保護(hù)裝置；24 V直流電源作為控制部分中間繼電器工作電源；兩變頻器直流母線間接觸器，在主機(jī)啟動(dòng)后將兩變頻器直流母線接通；電源、主機(jī)運(yùn)行、副機(jī)運(yùn)行、副機(jī)過流報(bào)警均設(shè)有指示燈；2個(gè)時(shí)間繼電器，一個(gè)定值為1 min，其功能為副機(jī)過流超過1 min后自動(dòng)停機(jī)并報(bào)警；另一個(gè)定值為5 s，其功能為副機(jī)啟動(dòng)5 s后接通兩變頻器中間直流，實(shí)現(xiàn)直流母線共用；當(dāng)機(jī)械過載開關(guān)動(dòng)作后切斷控制回路，現(xiàn)場(chǎng)離心機(jī)機(jī)械過載開關(guān)實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)；當(dāng)副機(jī)過流后蜂鳴器報(bào)警；2個(gè)斷路器，分別控制散熱風(fēng)扇和控制回路電源；4個(gè)中間繼電器分別設(shè)作指示燈；此外，電路設(shè)有1個(gè)報(bào)警復(fù)位按鈕；1個(gè)正轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止輸入接點(diǎn)，接點(diǎn)公共端；2個(gè)總報(bào)警繼電器輸出接點(diǎn)（在變頻器報(bào)警時(shí)切斷主控制回路，緊急停機(jī)）等。

變頻器主電源輸入接三相380 V/50 Hz，變頻器輸出分別連接離心機(jī)主、輔三相電動(dòng)機(jī)。模擬量監(jiān)視輸出有1個(gè)輸出公共端（供現(xiàn)場(chǎng)電流指示儀表使用）2個(gè)晶體管輸出，1個(gè)公共端。2種輸出量通過設(shè)置不同參數(shù)實(shí)現(xiàn)所需功能，參數(shù)設(shè)定及實(shí)現(xiàn)功能見表1。

啟動(dòng)前，根據(jù)生產(chǎn)情況通過變頻器面板分別設(shè)置主機(jī)、副機(jī)運(yùn)行頻率和啟動(dòng)速度，通過現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)開關(guān)接通主控回路，通過繼電器使主機(jī)變頻器輸出啟動(dòng)，主機(jī)運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮，電機(jī)啟動(dòng)；當(dāng)主機(jī)達(dá)到E21設(shè)定頻率后，通過繼電器使副機(jī)啟動(dòng)，同時(shí)副機(jī)運(yùn)行的指示燈亮；5 s后直流母線繼電器，兩變頻器直流母線間接觸器接通，頻率達(dá)到設(shè)定值后正常工作。

5 實(shí)際運(yùn)行中常見故障及處理措施

5.1 啟機(jī)后變頻器OU1（即“加速運(yùn)行過電壓”）保護(hù)動(dòng)作

圖2 兩變頻器分別驅(qū)動(dòng)的螺旋離心機(jī)系統(tǒng)

表1 變頻器參數(shù)設(shè)置及功能

該報(bào)警動(dòng)作原因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)再生電流增加，使主電路直流電壓達(dá)到電壓檢出值，保護(hù)動(dòng)作。一般常見于副機(jī)變頻器，可能為時(shí)間繼電器（定值為5 s）故障，使輔機(jī)變頻器接觸器未動(dòng)作，或輔機(jī)變頻器故障，直流母線未接通引起。更換時(shí)間繼電器或兩變頻器直流母線間接觸器后可以解決問題。

5.2 主機(jī)、副機(jī)無法啟機(jī)

生產(chǎn)中此現(xiàn)象比較常見，主要原因有：①機(jī)械過載開關(guān)故障使現(xiàn)場(chǎng)離心機(jī)機(jī)械過載開關(guān)斷路；②時(shí)間繼電器常閉觸點(diǎn)故障，使主回路斷路；③變頻器自身報(bào)警，一般由變頻器過熱、缺相、欠壓等引起。一般處理方法：先檢查變頻器有無報(bào)警信息，確認(rèn)非變頻器故障后，再以主控回路為重點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)量排除故障。

5.3 運(yùn)行中的過流故障

此類故障一般由離心機(jī)機(jī)械故障引起電機(jī)過載所致，應(yīng)先檢查轉(zhuǎn)鼓有無卡死、傳動(dòng)系統(tǒng)有無故障，然后檢查電機(jī)自身和電纜有無損壞。根據(jù)情況進(jìn)行處理。

6 結(jié)束語

采用雙變頻控制的臥式螺旋離心機(jī)，不但提高了裝置生產(chǎn)的柔性、方便了生產(chǎn)調(diào)節(jié)，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：①低速力矩大，啟動(dòng)平穩(wěn)；②節(jié)能，直流共用母線一般情況下可節(jié)約10%～20%的電耗，在能源日益緊缺的當(dāng)下意義重大；③調(diào)整方便，適用范圍更廣。

在實(shí)際生產(chǎn)中，變頻器頻率需要人工手動(dòng)設(shè)定，比較繁瑣，可以通過目前裝置使用的DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)控制變頻器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速的智能調(diào)節(jié)。