上海宣锜机电制造有限公司 >> 新闻资讯 >> 变频器在储油库输油泵电机上的节能应用
1 化奥油库37 kW输油泵电机改造前的运行状况
化奥油库输油泵电机由4 台37 kW 立式油泵电机组成，主要承担4个工作台中的8个装油点向运油车进行计量装油工作。每个装油点的管道设计输出流量为60 m3/h，37 kW输油泵电机流量为180 m3/h，1台输油泵电机承担1个工作台2个装油点的注油工作任务（分别为1号阀门和2号阀门，阀门打开向运油车注油）；而实际生产运营中大部分时间只开启1个出油阀门，2台装油车同时装油很少，原来设计37 kW的输油泵电机时是为2台装油车同时作业而设计，但在开启1个阀门时，也要满负荷工作，满负荷工作时油泵电机输出流量能达到180 m3/h，实际使用时仅需要它1/3的流量就能满足生产要求，通过对整个输油系统工作原理的分析，发现原有的输油泵电机存在以下几点问题。
1）37 kW 输油泵电机的输出流量过大，输油泵电机每次开启都满负荷工作，这样，油泵电机和管道间会产生很大压差，形成涡压，在管道压差加大时导致电机负荷增大，电流上升，造成电能浪费。
2）输油泵电机输出容量大而实际输送容量小，输油泵电机运行功耗大，在这样的工作环境下，输油泵电机电机的使用寿命会大大缩短，加大了设备维护成本。
综合以上情况，有必要对输油泵电机系统进行技术改造，利用变频器控制输油泵电机，根据实际需求的流量和压力来自动控制输油泵电机系统。
2 输油泵电机系统采用变频调速运行的节能技术原理
油泵电机在工频下运转时，转速为1 420 r/min，输出流量180 m3，流量与转速成正比，如图1所示。
我们从图1可以看出，随着油泵电机电机转速的变化，流量也随之变化，所以通过变频器控制，使油泵电机电机的转速、油泵电机的流量和压力可调，以此来达到现有的生产工艺要求。
在此输油泵电机系统中采用了北京中达菱科电气有限公司生产的菱科LK600 P系列油泵电机专用变频器，变频器的工作原理在这就不做详细介绍了，通过图2与表1 进行对比可以看出，变频运行时的电机转速发生变化，电机负载电流也随着变化。当然电机转速的降低使变频输出电压也随之降低，油泵电机的负荷电流也随之降低。表1的数据是本公司在现场电机运行时所测的实际数据。
参照表1数据，在变频运行的状况下，当为一台运油车进行注油工作时，变频器以25 Hz运行，电机电流为43 A，可以节约电流31 A，节电率约为42%。在打开2个注油阀为2 台运油车注油时，变频器的工作频率为35 Hz，电机电流48 A，节约电流26 A，节电率在40%以下。
从表1可以看到变频器对输油泵电机的经济运行所起到的作用，通过变频器控制输油泵电机的电机转速，使油泵电机输出一个合理的流量和压力以满足生产要求，同时也大大降低了电机的负荷电流，节能非常明显。
3 变频器控制方式
变频器的作用是根据输油泵电机的实际负荷，为电机提供可变频率的电源，自动控制输油泵电机系统的工作，以实现节能、降耗的经济运行，压力的设定单元为系统提供满足用户需求的流量和压力的期望值，即给定值，与压力变送器检测到的管网的实际压力信号即反馈信号进行比较后，再经变频器内部PID运算，输出给变频器一个转速控制信号，以控制电机的转速。在启动输油泵电机系统时，变频器接收到给定信号开始工作，先启动输油泵电机电机，使管网流量油压达到设定值，直至保持管网的压力和流量输送在符合生产要求的所需要预定值内。当输油量增加或开启二个出油阀时管网压力减弱，压力变送器将这一信号反馈给变频器，使变频器的输出频率上升，油泵电机的转速提高，流量和压力相应上升，如果注油输出流量增加很多，变频器的输出频率将达到最大值50 Hz。显然，通过变频器内置PID控制功能使整套供油系统操作性更强，大大减轻了劳动强度。
由于整个化奥油库的电气系统采用上位机集中控制，输油泵电机电机采用软启动方式
启动，输油泵电机的启动、停止、分为集中控制和机旁控制，操作台为二个史密斯电磁阀，利用电磁阀的开关来承担给运油车注油工作，史密斯电磁阀带有流量计量和压力变送功能，能为变频器提供一个4-20 mA的反馈信号，如图3所示。
4 变频系统实施方案
变频输油泵电机主电路接线图如图4 所示。在油库经营生产过程中，输油泵电机在整个系统中属于非常重要的生产设备，要求变频器能长时间连续运转，除应具备的通用性能外还要有极高的可靠性。在了解到现场的生产工艺特点后，要求本系统设计时应具备适应现场操作功能，并完全能与原来的电气系统互相兼容，做到原有控制特性不变，为此要求系统具备以下功能。
1）变频系统与原动力柜的工频软启动器系统能手动自由切换，一旦变频系统出现某种故障，可以手动切换到原动力柜的工频软启动，当变频系统维修期间，原软启动器系统能正常保障输油泵电机的运行工作，满足油库的正常生产。
2）变频系统运转频率的调节采用PID闭环控制环方式，这样既可保障输油系
统的安全运行又使整套系统更加操作方便、智能自动化更强。
3）考虑到现场的工作环境和设备的安全问题，变频控制柜面板不宜设置过多的显示设备，只配置软启动器与变频转换开关、运行指示灯、变频运行故障灯、变频操作显示面板，使变频器的运行参数、电机电流、电机转速一目了然，方便现场操作人员的操作和对设备运行状态的监控。
4）变频系统设置的6 位密码，可将变频器的运行参数锁定保护，确保变频输油系统不会在人为的错误操作下造成输油泵电机停机，以保证系统连续平稳运行。
5）变频器采用独立配线供电，防止设备相互之间的电磁干扰，保证设备的安全运行。
6）变频系统对输油泵电机电机实行软启、软停，减少启动过程对电网的冲击，在改善供电质量的同时由于使用变频器后电机转速下降，低速运行对油泵电机轴、轴承的磨损程度减少，大大延长了输油泵电机的轴承与机械密封等易损件的寿命，从而延长了输油泵电机电机的保养维护周期。
5 工程投资与回收
本项目由4 台37 kW 输油泵电机组成，变频器选用4 台37 kW 菱科LK 600P 系列油泵电机
专用型变频器，整个项目造价如表2所列。
投资回收计算如下。
原始输油泵电机每天工作按12h 计，每年按365天计，每台油泵电机的耗电量按35 kW·h计，秦皇岛地区工业电价为0.57元/kW·h，则改造前每年电费约为
4*35*12*365*0.57=349 524元根据变频技术改造后实测的平均节电率为40%，则每年可节约的电费为349 524*0.4=139 809.6元
即运行1年即可收回投资。
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