注册化工工程师考试专业基础知识.docx
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新型变频器在炼油化工装置上的应用介绍
1.概述
在工业企业中，电机是应用面最广和数量最多的电气设备之一。
目前，大量交流电机均工作在固定的转速运行，这已愈来愈不能适应生产工艺对于自动化的要求。
同时，其运行在低功率因数和低效率的工况下，对电能是极大浪费。
由于石化行业的日益激烈的市场竞争，对我厂石油化工产品的型号、质量、数量等提出了新的要求。
为了满足这些工艺上要求，在原驱动电机上，增加变频器系统。
这样既可平滑改变物料的输送量，满足了生产工艺的要求，又达到了节能的效果。
在我厂常一线、常二中采用的变频器系统，既是动力源又是改变工艺参数的执行机构，它取代了原有的执行机构－－调节阀，使得介质传输工艺过程控制发生了变革。
2.变频器调速运行时的节能原理
在实际的生产过程中，各类泵的负荷选择都大于生产实际需要的流量，而在实际运行中，所需的流量往往比设计的流量小很多，如果所用的电机不能调速，通常只能通过调节阀门来控制流量，其结果在阀门上会造成很大的能量损耗。
如果不用阀门调节，而是让电机调速运行，那么，当需要的流量减小时，电机的转速降低，消耗的能量会明显减小。
H（n1），H（n2）表示调速时的Q＝f（H）曲线，R1、R2表示阀门调节时的管路阻力曲线。
阀门控制时，由于要减少流量，关小阀门，使阀门的摩擦阻力变大，Q2→Q1，A→B，HA→HB阀门控制时功率消耗P1由0HBBQ1表示。
当调速控制时，Q2→Q1，A→C，HA→HC调速控制时功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1＞P2则表示调速时功率消耗小于阀门节流时的功率消耗。
P＝rQH泵的轴功率
Q流量H扬程r液体重度
在B点和C点运行时PB－PC＝Q1（HB－HC）r这部分就是所节约的电能。
对于泵负载，有如下表达式：
Q1/Q2＝n1/n2
H1/H2＝（n1/n2）2
P1/p2＝（n1/n2）3
由上式可知，当转速下降1/2时，流量下降1/2，压力下降1/4，功率下降1/8，即功率与转速成3次方的关系下降。
如果不用关小阀门的方法，而是把电机的转速降下来，那么随着泵的输出压力的降低，在输送同样流量的情况下，原来消耗在阀门上的功率就可完全避免。
在不装变频器时，泵的出口流量靠出口阀控制调节。
流量小时，靠关小阀门调节，增加了泵管压差，使部分能量白白消耗在出口阀门上。
使用变频器后，可以降低泵的转速，泵扬程也相应降低，电动机输出功率也降低了，从而消除了原来消耗在泵出口阀上的管压差。
3.变频器系统的控制方案
我厂的常一线泵B109和常二中泵B114的电动机功率分别为75kW和55kW，转速2982转/分，额定电压380V，额定电流分别为132A和103A，额定出口流量分别为28.520M3/h和20M3/h。
在正常工作负荷情况下，电机工作在额定转速2982rpm，转速不可调。
为保持流量稳定，采用控制出口阀门的方法进行控制，即差压变送器检测流量信号送至PID调节器，再由PID调节器输出4－20mA控制信号，控制出口调节阀的开度，从而控制出口流量，保持流量稳定。
原系统实际运行中，存在以下问题：
（1）节流量较大，泵出口阀的节流量已接近泵额定流量的一半，浪费大量的电能。
（2）控制精度低，出口流量波动较大（约3%）。
（3）电机工作在额定转速，出力不变消耗电能。
（4）电机噪音较大，泵和管线阀门压力较大，易造成泄漏。
根据系统的上述工艺要求，我们对变频器系统进行设计时，遵循了以下原则：
a、保持出口流量稳定；
b、出口流量的控制精度0.5%；
c、电动机的转速范围应在0~2982转/分；
d、根据泵的工作特性，系统设计应按恒转距原则进行；
e、节能降耗；
f、系统设计采用工频和变频双切换，保证的生产的连续性和可靠性，可以互为备用；
g、采用两路DCS输出接点，一路控制原调节阀，一路控制变频器，在变频器故障状态时，DCS能自动识别变频故障信号，然后切换到调节阀调节流量。
而当变频器处于正常运行状态时，调节阀处于全开位置；
遵照上述原则，经过调研、比较，我们选择了日本东芝A5P变频器。
该变频器具有技术先进、功能齐全、结构紧凑、可靠性高等特点，专为泵和风机类负载设计。
FRH：
频率设定；ACC/DEC：
加/减速控制电路；A/D：
模数变换；V/F：
压频变换；BD：
基极驱动电路；CPU：
微处理器；LED：
显示电路。
变频器的主电路为典型的“交—直—交”SPWM电压型主电路。
变频器的控制电路：
频率给定FRH（即速度给定）经过ACC和DED加减速控制电路，变成频率和电压基准信号，分别经过A/D转换电路和V/F函数发生器电路，再进入CPU内，形成SPWM脉冲，成为IGBT的控制信号，驱动IGBT，从而使电压恒定、频率恒定的交流电，经过变频器后，变成了电压和频率可调的交流电。
A5P变频器整个控制系统采用微机进行采样、计算、实时控制、事故报警和显示。
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4.变频器系统的运行情况
1997年7月，我厂在常一线泵和常二中泵电机上安装东芝A5P变频器后，运行情况与工频比较，如下所示：
（1）电机运行参数和节能情况的比较
节电功率＝（（39.16×0.82×380）－（16.3×0.9×168））×1.73＝16846（W）
节电率＝（（39.16×0.82×380）－（16.3×0.9×158））/（39.16×0.82×380）＝79%
节电功率＝（（44.6×0.8×380）－（20×0.9×121））×1.73＝19688（W）
节电率＝（（44.6×0.8×380）－（20×0.9×121））/（44.6×0.8×380）＝83%
从比较表可以看出，使用变频器后既可满足生产需要，又可大量节能。
（2）控制精度的比较
在相同的工艺条件下，采用工频和变频运行时，绘出泵的出口流量波动曲线。
泵采用变频调速后，流量控制精度非常高，记录仪记录的曲线为一条非常平稳的记录线。
5.应用效果及经济效益分析
变频器投入运行以来，运行可靠，自动化程度高，节能效果显著，取得了良好的经济效益。
（1）工艺控制平稳：
由于变频器的高精度调节，调节信号有高速传递性，减少了以前仪表控制带来的滞后现象，从而使系统控制精度提高，压力稳定，产品质量得到了提高。
（2）节能效果显著：
按年8000小时计算，泵114/1年节约电量：
节电率×电动机工频功率×工作时间＝79%×21.11千瓦×8000小时＝133415千瓦时泵109/2年节约电量：
节电率×电动机工频功率×工作时间＝83%×23.45千瓦×8000小时＝155708千瓦时泵114/1和泵109/2共节约电费：
节电量×电价＝289123×0.50＝144561元变频器改造费用为15万元，所以只需1年左右，就可收回投资。
（3）维护量减少：
由于出口阀全开，电动机降速运行，使得管网压力下降，减少了工艺设备的泄漏，降低了机泵磨损，降低了电机的温升，设备维护周期延长。
由于变频器代替了调节阀，解决了由于调节阀故障高给生产带来的影响，使仪表的维护量减少。
（4）系统实现了软起动：
由于变频器具有软起动功能，减小了对电网的冲击。
6.变频器应用时应注意的问题
（1）用变频器时一定要满足工艺的要求，在某种特定环境下，老装置的机泵因扬程、流量所限制，变频器不一定适用，且非变工况运行的机泵也不宜采用。
不能千篇一律照搬，而应从工艺条件、机泵本身的参数出发而定。
（2）变频器调速时，需要电气、仪表、工艺、设备各专业人员密切配合，以保证变频器安全运行。
工程技术人员在安装投用前要对有关专业人员进行培训。
（3）大多数生产装置的仪表控制阀大多采用风关阀。
采用变频器后，风关改为风开调节，需要注意，以免造成事故。
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旋转阀在炼油化工装置中的应用介绍
1、旋转阀的特点
阀通常分为直行程式和旋转式两大类。
直行程阀通过一个直线运动的部件如闸板来允许或切断物流。
直行程式的阀有截止阀、闸阀、隔膜阀等。
旋转式的阀通过一个转动的部件来允许或切断物流。
旋转部件能转动90度的旋转阀叫1/4旋转阀。
有时候1/4旋转阀的分类可以扩大到转角小于270度的旋转阀。
由定义可以看到，旋转阀是一种通过旋转部件如转动挡板旋转90度使阀从开位变化至关位的旋转阀。
旋转阀一般具有如下的特点。
（1）可调范围宽
在流程工业中可调范围是最关键的，旋转阀的可调范围大约为150：
1（VALTEK的球阀的可调范围可以达到300：
1．蝶阀和凸轮挠曲阀的可调范围为100：
1）。
对应的截止阀的可调范围为30：
1．也就是说旋转阀可以提供5倍宽的可调范围。
例如在最大流量是1000升/分，截止型阀能够有效地将流量减少到30升/分，同时旋转阀可以将流量调整到低于10升/分，对关键的阀控制流量越精确在流程中重复性越好，直接地降低了流程工业中不合格的产品。
偏心旋转阀的两个特点提高了它的可调范围，第一个是其孔板式的设计，偏心是一个有效的1/4的园，偏心阀芯是V型的，而传统的阀芯是园形的，当偏心旋转阀是关的时候，它的小的V型使得在低流量时形成非常精确的控制，对大流量，它几乎将阀门打开到几乎与管道的直径相同。
第二个特点是执行机器的行程旋转阀的执行机构有带一定行程的膜法和气缸两种。
1”的截止阀的行程大约是3/4”~7/8”而旋转阀的行程超过2”。
对任何其它尺寸的阀门。
输入端的行程越大，则在工作端的控制越好。
高可调比的控制阀提供按配方要求的精确的配比，而不论各流路流量的大小，传统的线性或调节阀不再适应这样的任务，旋转阀可以提高装置性能同时降低控制阀在工厂生命运行周期中的成本。
可调范围宽的旋转阀允许用户提高严密切断的标准，从而提高成本/效益指标。
金属阀座加上用特殊材料制成的村里能够延长阀门的使用寿命，提高阀门的性能。
简单的旋转结构的设计，可以使维护工作量减到最少。
降低业主的生产成本。
（2）严密切断
直行程阀的轴是阀杆进出阀体，每个周期都带出产品，对于直行程设计避免泄漏是困难的，它能将不希望的产品带入到生
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