变频器在炼钢厂制氧站中的应用

  变频器在炼钢厂制氧站中的应用

莱钢9000m3/h制氧机采用分子筛吸附净化、增压透平压缩机、规整填料塔、氧气内压缩和无氢制氩的新工艺。氧气内压缩流程无氧气压缩机，液氧经主冷凝蒸发器底部抽出经两台低温液氧泵加压，进入主换热器组复热后送到用户管网。管网压力若有大的变化将直接影响整个工况甚至停止供氧。另有两台低温液氩泵用于精馏循环和无氢制氩。为了保证整个机组的稳定顺产，这四台低温液体泵均采用变频调速，运行效果和节能效果良好。

2 变频调速的基本原理

根据异步电动机转速公式：          n=n0（1-s）=60f（1-s）/P （1） 式中 n——电机转速； n0——电机同步转速； s——电机转差率； f——电源频率； P——电机磁极对数。

    从式（1）可看出，三相交流电动机的转速取决于同步转速n0，而n0又取决于电源频率f，当改变电源频率f时，同步转速与频率成正比变化，异步电机的转速n也随之改变，所以如能平滑改变电源频率，即可平滑地调节异步电动机的转速。再根据泵流量相似定律的比例定理，泵流量与转速的一次方成正比，只要改变泵转速，就可改变泵的出力。

3 变频调速控制系统组成

    系统主要由AC800F DCS自动控制单元、四台变频器及四台低温液体泵等组成。变频器采用深圳康沃公司生产的CVF-G1型，它主要分主回路和控制回路两部分：主回路由整流器、滤波环节和逆变器组成，用来为电机提供调压调频电源，其中整流器将工频电源变换为直流电源，滤波环节吸收整流器和逆变器之间的电压波动，而逆变器将直流电源再变换为交流电源。控制回路则给主回路提供信号，由频率与电压的运算回路、主回路的电压/电源检测回路、电动机的速度检测回路、将运算回路的控制信号进行放大的驱动回路以及逆变器和电动机的保护回路组成。

4 变频调速方案

    （1） 正常运行方式为1#液氧泵和1#液氩泵自动变频运行，2#液氧泵和2#液氩泵备用。当1#液氧泵或1#液氩泵系统出现故障跳闸时，由DCS联锁2#液氧泵或2#液氩自启动运行，以确保整个空分装置的稳定运行。

    （2） 变频器驱动液体泵启动过程要求平滑，加速从0Hz开始，在5～12秒内达到反馈信号对应转速，并由仪表反馈来的过程信号对转速进行控制。

    a） 对液氧泵而言，当管线内压力发生变化时变频器根据仪表信号自动调节转速，当管线内介质压力低于工艺要求时，反馈信号减小使得液氧泵转速升高，管线内压力增大直至达到工艺要求；反之，液氧泵转速下降，管线内压力降低，直至达到工艺要求，形成一套闭环调节系统。

    b） 对液氩泵而言，当氩分馏塔低部液位发生变化时变频器根据仪表信号自动调节转速，当液位低于工艺要求时，反馈信号增大使得液氩泵转速降低，氩分馏塔低部液位升高直至达到工艺要求；反之，液氩泵转速升高，氩分馏塔低部液位降低，直至达到工艺要求，形成一套闭环调节系统。

    （3） 功能项设定：将启动数据及电机数据输入变频器。来自DCS的工艺过程受控参数（对于液氧泵而言是指管线内压力，对于液氩泵而言是氩分馏塔低部液位）作为远程控制信号，并设定为4～20mA，频率下限0Hz对应4 mA，上限50Hz对应20mA，加速时间按电机容量不同相应选择8-12s，减速时间8s。康沃变频器共有20余项故障可由变频器内部检测装置测出来，均按电机额定运行值设置，故障自动复位5次，其它项以变频器ID运行后参数默认值为主。脉宽系列的占空比按正弦规律变化,这样输出的电压脉冲可以使负载电流中高次谐波成份大大减少。变频器效率可达97%,功率因数大于95%。在任何负载条件下,都能调整输出,使电动机处在最佳运行状态。

    （4）保护功能：启动时变频器先对其本身内部状态及参数设置进行自检，内置电子热保护以及电动机超载保护，变频器交流输入侧过压、欠压保护，变频器直流侧过压、欠压保护；输出端相间短路、断路、接地保护；并实时报警。对运行过程中出现的故障，能显示故障类型及编号。

5 使用效果

    （1）调速范围宽

    液体泵电机工作频率转速范围为0～50Hz，正常状态时为30～50Hz，而变频器调速范围为0～50Hz，完全满足生产工艺对液体泵的要求。

    （2） 电动机启动无冲击运行平稳

    不采用变频的交流拖动系统不能在0～50Hz的任意转速上停留，启动设备震动大。使用变频器后，电机从零速启动，开始输入的启动转矩小，然后渐渐平滑升速，这样减小对设备的冲击，系统设备故障率低，为稳定液体泵的机械参数创造了条件。

    （3） 产品质量和产量得到了提高     由于实时反馈信号对电机的控制，减少了人为因素对生产过程的干拢，提高了工艺控制精度，在工艺设备不变的情况下，使产品质量和产量得到了提高。

    （4） 故障大幅度降低

    使用变频调速，电气设备故障大幅度降低，从没发生过因启动电流大和工艺波动造成的热继电器动作或空气开关速断动作而引起的异常停机事故。

6 结论

    变频调速用于制氧站泵类驱动控制，由于其技术先进,功能齐全,节电效果显著，还可与DCS、PLC等控制系统组成开环或闭环系统，使工艺运行更趋合理，设备自动化程度提高，因此是一种理想的调速控制方式，既提高了设备效率，又满足了生产工艺要求，经济效益十分明显。