森兰变频器在炼油厂的应用

分类：技术教程日期：2009-08-25 08:42:59 来源：厂商

摘要：本文应用希望森兰变频器SB61、工控机实现石化行业液化气提取的自动化。

关键词：变频器、工控机

1、引言

变频调速是一种高效的调速方式，它调速精度高、调速范围宽和操作方便，并且可利用变频器上自带的RS485串行通讯口实现和控制系统的通讯，以便于随时监控系统的工作情况，有利于生产正常进行。2002年我公司对炼油厂丙烷压缩机液化气的提取系统进行自动化改造，改造后除提高工艺操作水平外，而且节能20%左右，经济效益也十分显著。

2、森兰SB61变频器的主要特点

丙烷压缩机是该系统的关键设备，对变频器的可靠性、起动转矩和动态响应都有一定的要求。由于变频器是该自动化系统的一部分，为减少干扰，要求输出波形中有较低的谐波含量，因此，选用我公司生产的SB61全能王变频器。该变频器采用先进的矢量控制算法，功能齐全，在各种行业中应用自如。可以选择V/f开环、V/f闭环、无PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可选用键盘和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通讯口，便于与计算机组网控制。在设计中进行可靠性设计，电磁兼容设计，稳定性分析等。考虑到人性化因素，SB61系列变频器美观大方，虽然功能齐全，但参数设定简单，操作非常方便，是一款性价比很高的产品。

3、工艺过程

3.1 液化气的提取工艺系统

液化气的提取工艺系统如图1所示：

图1

图1中:

P0—入口压力，外部供气压力；

P1—进气口压力，进气阀调节后压力，要求＜0.6Mpa；

P2—压缩机出口压力,要求1.2Mpa～1.7Mpa；

P3—分离塔压力,要求1.08Mpa；

L1—入口流量,压缩机吸气量；

L2—出口流量,压缩机排气量；

阀门开度：生产要求进气阀开度30%～50%。

出口阀开度80%～100%。

工艺过程：

炼油产生的气体，经过压缩机加压后凝为液态进入分离塔，经过吸收等其他加工工艺，提取出石油液化气。进气口压力P1要求小于0.6MPa，压缩机出口压力P2可达到1.2MPa～1.7MPa之间，经出口阀调节后保证分离塔压力P3在1.05MPa。如果某种原因使分离塔压力升高，为安全起见则将泄压阀打开，将分离塔内的液体经管道回流进气口。

调节阀门的开度使P1指示压力小于0.6MPa，P3压力在1.08MPa左右。操作操作人员根据P1、P2、P3上的指示值进行调节。进气的压力P0一般来说不是很稳定，为使控制准确，需知道P0与P1、P2、P3的变化的关系如表1所示：

P0不变时调节进口阀的开度与P1，P2，P3变化关系如表2所示：

4、系统的构成

由表1和表2所反映的在P0改变时和进口阀开度改变时，P1、P2、P3和L1、L2的变化可见，进气P0的升高或降低，使P1，L1和L2发生相应的改变。如果要使流量L1和L2不变,可调节进口阀的开度往P0增加的相反方向变化，即P0增大，进口阀开度减少，或P0降低，进口阀开度增大。

为保证生产的稳定性，希望进入分离塔的丙烷流量不要太大的波动。为此控制方式可有两种选择，一种采用流量控制方式，用流量变送器采集的流量信号回馈到控制系统上，使系统组成为一流量闭环系统，这样不论P0如何变化，都可保证流量基本不变。另一种方式是用P1信号作为反馈信号，只要使P1保持稳定流量就基本不变。因此，在进气压力P0波动时，使压缩机转速发生改变，使P1不变，即可使流量基本不变。于是以压力信号P1作为反馈信号组成压力闭环系统。这里P1信号在压缩机输入管道上，但是P1的变化是压缩机调速后的结果，作为闭环系统的反馈信号是可行的。由此可见，调节压缩机的转速和调节进口阀的开度在工艺上可达到相同的效果。本系统的压缩机电机功率为160KW，工频运行时，流量的改变靠阀门节流调节，浪费了大量的能源，机械的磨损未能减低，影响机组的使用寿命。为实现生产过程的自动化，采用一台SB61系列160kW变频器与压力变送器P1构成恒压控制。系统如图2所示：

图2　变频器控制系统

为提升整个系统的自动化水平，引入工控机进行监控，监控系统框图如图3：

图3　监控系统框图

本系统数据采集卡采集压力，流量,阀门开度等模拟量，输出模拟量调节电动阀开度;采集报警，和其他开关信号，输出备用系统起动信号，停止信号等。工控机通过RS485实现对变频器进行控制，P1压力通过数据采集卡采集，经工控机处理后,由RS485将控制信号送到变频器,控制变频器的频率的升降，达到恒定P1的目的，最终使流量基本不变.当然还要控制变频器的起停，同时电机的运行参数也要送工控机进行监控。工控机为一台CPU PⅢ，内存128M，硬盘20G的研祥工控机，配置数据采集卡，温度信号处理卡，开关信号接线板，RS485通讯卡，RS485通讯模块等。

模拟量数据采集卡将压力、流量、阀门开度、电机温度和管道温度等模拟信号转换成12位的数字信号，每一路信号占用数据采集卡上一个模拟通道，互不影响，采样周期为300ms。SB61变频器支持RS485半双工串行通讯方式，通过在工控机上用IP函数或VB的MSCDMM通讯控件编制串行通讯程序，即可实现工控机与变频器之间的通讯，本系统用VB的通讯控件编制。将采集到的数据信号，经实时分析处理后，通过组态王监控画面，监测现场传输的实时数据和历史数据及设备的运行状况，历史曲线的分析，实时报表，历史报表的打印，声光报警等。

5、结束语

原系统是在人为观察P1压力的情况下，改变进口阀的开度来满足工艺上的要求，在P0波动比较频繁时，人工劳动强度大。控制系统投入运行后一般不需要人工干预，可在远离现场的地方进行监控。压缩机用变频器驱动后节能效果明显,据用户测算可节能18%～22%。电动机的起动电流和运行电流均在额定电流以下，减少了对电网的冲击。电机速度不总是在工频工作，延长了设备的使用寿命，系统的安全性也有所提高。

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