王中浩

【摘要】煤直接液化催化劑制備裝置過濾液輸送泵是壓濾工段輸送煤漿的設備，介質含固液兩態(tài)，此泵為間歇性工作制，進料及打回流保壓時泵均高速運轉，打回流保壓時造成“大馬拉小車”的電能浪費現象。同時，高速運轉下介質對設備磨損較為嚴重。通過變頻改造后，降低了對設備的磨損且達到了節(jié)能降耗的目的。

【關鍵詞】過濾液輸送泵;變頻改造;設備磨損;節(jié)能降耗

0.引言

過濾液輸送泵是為催化劑制備裝置壓濾工段輸送煤漿的設備，介質含固液兩態(tài)，料漿對泵本體及管線的沖刷直接影響設備使用壽命，尤其是對泵葉輪及前后襯板的磨損尤為嚴重，造成頻繁維修，增加生產成本。針對這一問題，公司組織人力深入研究、集思廣益，最終決定將泵電機更換為變頻電機。該項改造基于壓濾機的周期性運行規(guī)律，壓濾機每周期運行約45分鐘，而進料時間為10分鐘左右，剩余時間為自循環(huán)，改為變頻電機驅動后，可在壓濾機進料后剩余的35分鐘自循環(huán)過程中將變頻調至低點，避免流速過快造成不必要的能耗損失和設備磨損，延長設備及附屬管線運行壽命。

1.工藝流程概述

我公司煤直接液化催化劑制備裝置共有四臺壓濾機（102SR-301A/B/C/D）、四臺過濾液輸送泵（102-P-301A/B/C/D），過濾液輸送泵向壓濾機輸送催化劑制備反應器（102-D-301A/B）出來的水煤漿原料，正常工況時，每臺壓濾機對應一臺過濾液輸送泵，D機也可作為公共輸送泵，輸送介質為攜帶催化劑的水煤漿。輸送泵為間隙工作制，每個周期約45分鐘，一個工作周期內，泵輸送物料時間約為10分鐘;由于水煤漿容易沉積結焦的特殊性，在不向壓濾機進料時泵通過管道打回流保壓，回流保壓時間約為35分鐘。

2.主要解決的問題

在實際操作運行中，為防止物料沉積，過濾液輸送泵電機打回流時仍然高速運轉，并且負荷功率較低，造成了“大馬拉小車”的電能浪費現象。另外攜帶催化劑的水煤漿屬固液兩態(tài)，由于泵體長期在高轉速下運行，加劇了泵體葉輪、殼體和閥門、管道的磨損，縮短了設備使用壽命，增加了檢修更換成本。很多情況下，運行不到一個月就要對設備進行檢修、清理管道、更換備件，增加了生產成本。

針對上述存在的設備磨損造成設備運行周期不長，且存在介質泄漏安全隱患，以及電機長時間低負荷高速運轉消耗電能的相關問題，對四臺過濾液輸送泵（102-P-301A/B/C/D）進行了變頻改造，以達到節(jié)能降耗、提高設備運行周期的目的。

3.總體改造方案

3.1 總體構架

改造前，四臺過濾液輸送泵拖動電機由備煤35/6 kV變電所供電，電機型號為YB 355M2-2 、電壓6 kV、功率185kW、轉速2985rpm、防爆等級ExdⅡAT4。

改造后，加裝4臺0.4kV低壓變頻器，變頻器采用ABB產品，型號為ACS800-04-0260-3+P901+K458+E210，每臺變頻器獨立成柜，共計4臺套，柜型MNS3.0，并且配套更換過濾液輸送泵拖動電動機4臺，將原6kV電機更換為南陽標準系列380V低壓電動機，更換后電動機型號為YB2-315L-2，功率185kW、電壓380V、轉速2980rpm、防爆等級ExdⅡAT4。功率保持不變，以維持電動機輸出功率、轉矩不變，電壓更換為380V。更換電機后，中心高變?yōu)?15mm，中心高比原來低40mm，基座增加40mm底板。重新敷設主、控電纜，并更換現場操作柱。

根據現場預留位置條件和變電所負荷情況，在0.4kV I、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ段低壓母線各增加一套變頻器柜，且新增計算負荷滿足變電所容量設計要求。

3.2 工藝流程與控制

根據工藝要求，控制方式為：變頻器柜帶有變頻器、工頻旁路兩種方式，當變頻器故障切除時工頻旁路仍然可以驅動電動機運行;現場操作柱對電動機進行啟、?？刂?，設有運行、停止指示燈各一個，電流表一只，備煤控制室DCS可以遠程停電動機。變頻、工頻信號、電動機運行、停止信號、故障信號、變頻器轉速信號送DCS監(jiān)視。改造后保持現有工藝流程不變，每臺機組的變頻器轉速信號由27米對應的每臺壓濾機控制柜內PLC控制。第一次開機是操作人員在現場操作柱上啟動電動機，壓濾機PLC調速信號是4-20mA送給變頻器，當壓濾機進料時控制變頻器高速運行，變頻器輸出頻率最大，電動機在額定轉速下工作;當壓濾機進料結束后，控制變頻器低速運行，變頻器頻率輸出降低，電動機低速運轉，維持過濾液輸送泵回流時的出口壓力在某一恒定值不變。出口壓力信號接至壓濾機PLC，形成閉環(huán)控制。相關設備位置、控制邏輯如圖1所示：

圖1 設備控制邏輯圖

3.3 電氣控制原理

經過與ABB低壓盤廠家、設計單位的多次溝通，最終確定如下所示的電機主接線圖2和電機控制原理圖3。電動機主接線有變頻器和工頻旁路兩種運行方式，變頻器運行方式為主，只有變頻器故障退出時，通過工頻旁路控制電動機工頻運行。接觸器KM1、KM2建立變頻器通路驅動電機，主保護是斷路器和變頻器本體設定。接觸器KM3控制工頻驅動電動機，主保護是斷路器和熱繼電器?？刂茍D中通過變頻器盤面三位置轉換開關實現變頻、工頻轉換，盤面可以在斷開主斷路器的情況下，通過盤面起動、停止按鈕檢查接觸器控制回路的完好性試驗。電動機起動只有在現場操作柱上控制，電動機停止可以在現場操作柱也可在DCS上控制。變頻器電動機的調速信號來自現場壓濾機控制盤PLC，信號4-20mA對應10-50Hz頻率，最高轉速50Hz對應電機額定轉速2980rpm，最低轉速對應596rpm，通過PLC人機界面可以設置定速低頻運行，四臺機組運行速度大體控制在1270rpm。

4.改造效果分析

4.1 設備磨損情況分析

2012年P301四臺泵備件消耗情況如下：

表1 102-P-301泵改造前四臺泵備件消耗統(tǒng)計

改造之前葉輪的平均使用周期40天，前后襯板的使用周期80天，耐磨球閥的平均使用周期約180天，2012年9月改造后至今運行一年多更換了一套葉輪及后襯板、1個耐磨球閥、3套機封，費用共計6萬元左右，與上述統(tǒng)計數據相比，生產成本明顯降低，而且提高了裝置運行的穩(wěn)定性，效果顯著。

4.2 節(jié)能效果分析

（1）P301高壓電機改造前工頻狀態(tài)下電量計算

表2 102-P-301泵電機改造前數據表

泵出口流量（m3/h） 額定功率（kW） 額定電壓（V） 功率因素 P301打循環(huán)時電流（A） P301進料時電流（A） 泵出口壓力（MPa）

400 185 6000 0.86 17 20 1.6

壓濾機一個壓濾周期約45分鐘，其中進料時間約10分鐘，打循環(huán)時間約35分鐘。

原P301電機打循環(huán)時實際功率為：

P1=1.732*17*6000*0.86=151.9kW

進料時實際功率為：

P2=1.732*20*6000*0.86=178.7kW

按照裝置一年運行7440小時，每臺機組的進料周期是45分鐘計算，每臺機組就是9920個周期。按照P301泵三開一備考慮，可以計算出三臺年總耗電量為：（P1*每周期工作時間（小時）*年運行周期數+P2*每周期工作時間（小時）*年運行周期數）*3臺=352×104kWh（萬度）。

（2）P301電機變頻改造后電量計算

表3 102-P-301泵電機改造后數據表

泵出口流量（m3/h） 額定功率（kW） 額定電壓（V） 功率因素 P301打循環(huán)時電流（A） P301進料時電流（A） 泵出口壓力（MPa）

400 185 380 0.91 86.9 205.6 1.6

壓濾機一個壓濾周期約為45分鐘，其中進料時間約10分鐘，打循環(huán)時間約35分鐘。

改造后低壓電機循環(huán)時實際功率為：

P3=1.732*86.9*380*0.91=52kW

進料時實際功率為：

P4=1.732*205.6*380*0.91=123.1kW

按照裝置一年運行7440小時，P301泵三開一備，可以計算出年總耗電量為：（P3*每周期工作時間（小時）*年運行周期數+P4*每周期工作時間（小時）*年運行周期數）*3臺=152×104kWh（萬度）。

（3）電能節(jié)能計算

每年節(jié)約電量：

352-152=200×104kWh（萬度）

節(jié)電率：200/352=57%

經濟效益：每度電按0.5元計算，每年可節(jié)約200*0.5=100萬元。

從改造后設備運行狀況看，泵體、襯板、軸承等的磨損程度明顯下降，運行周期增加，延長了設備使用壽命，減少了設備維修成本，提高了設備運行的穩(wěn)定性。以往該設備連續(xù)運行時間短、故障多的問題得到了有效解決，核算一年節(jié)省備件費用40多萬元。

同時，由于該泵是周期工作制，加裝變頻器后節(jié)電效果明顯，節(jié)電率達到了57%，年節(jié)約電費有100萬元。從泵體備件消耗減少的費用和節(jié)電效果看，不到兩年就完全可以收回項目投資，改造達到了預期目的。

5.結束語

改造后，通過長期摸索，最終得出壓濾機進料期間及非進料期間泵出口流量的最佳控制數據，最大程度的避免了對設備及附屬管線的磨損，實現了節(jié)能降耗，有效提高了設備設施的使用壽命，取得了顯著成效。

參考文獻

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