1 引言
變頻調(diào)速是一種高效的調(diào)速方式，它調(diào)速精度高、調(diào)速范圍寬和操作方便，并且可利用變頻器上自帶的RS485串行通訊口實現(xiàn)和控制系統(tǒng)的通訊，以便于隨時監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況，有利于生產(chǎn)正常進(jìn)行。公司對煉油廠丙烷壓縮機液化氣的提取系統(tǒng)進(jìn)行自動化改造，改造后除提高工藝操作水平外，而且節(jié)能20%左右，經(jīng)濟效益也十分顯著。
2 圣諾STD變頻器的主要特點
丙烷壓縮機是該系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，對變頻器的可靠性、起動轉(zhuǎn)矩和動態(tài)響應(yīng)都有一定的要求。由于變頻器是該自動化系統(tǒng)的一部分，為減少干擾，要求輸出波形中有較低的諧波含量，因此，選用我公司生產(chǎn)的STD全能王變頻器。該變頻器采用先進(jìn)的矢量控制算法，功能齊全，在各種行業(yè)中應(yīng)用自如。可以選擇V/f開環(huán)、V/f閉環(huán)、無PG矢量控制和有PG矢量控制方式;可選用鍵盤和外部端子，功能端子的操作方式，并有RS485串行通訊口，便于與計算機組網(wǎng)控制。在設(shè)計中進(jìn)行可靠性設(shè)計，電磁兼容設(shè)計，穩(wěn)定性分析等。考慮到人性化因素，STD系列變頻器美觀大方，雖然功能齊全，但參數(shù)設(shè)定簡單，操作非常方便，是一款性價比很高的產(chǎn)品。
3 工藝過程
3.1 液化氣的提取工藝系統(tǒng)
液化氣的提取工藝系統(tǒng)如圖1所示。
圖1中:
P0—入口壓力，外部供氣壓力;
P1—進(jìn)氣口壓力，進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)后壓力,要求<0.6Mpa;
P2—壓縮機出口壓力,要求1.2Mpa～1.7Mpa;
P3—分離塔壓力,要求1.08Mpa;
L1—入口流量,壓縮機吸氣量;
L2—出口流量,壓縮機排氣量;
閥門開度:生產(chǎn)要求進(jìn)氣閥開度30%～50%。
出口閥開度80%～100%。
工藝過程:
煉油產(chǎn)生的氣體，經(jīng)過壓縮機加壓后凝為液態(tài)進(jìn)入分離塔，經(jīng)過吸收等其他加工工藝，提取出石油液化氣。進(jìn)氣口壓力P1要求小于0.6MPa，壓縮機出口壓力P2可達(dá)到1.2MPa～1.7MPa之間，經(jīng)出口閥調(diào)節(jié)后保證分離塔壓力P3在1.05MPa。如果某種原因使分離塔壓力升高，為安全起見則將泄壓閥打開，將分離塔內(nèi)的液體經(jīng)管道回流進(jìn)氣口。
調(diào)節(jié)閥門的開度使P1指示壓力小于0.6MPa，P3壓力在1.08MPa左右。操作操作人員根據(jù)P1、P2、P3上的指示值進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)氣的壓力P0一般來說不是很穩(wěn)定，為使控制準(zhǔn)確，需知道P0與P1、P2、P3的變化的關(guān)系如表1所示。
P0不變時調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度與P1，P2，P3變化關(guān)系如表2所示。
4 系統(tǒng)的構(gòu)成
由表1和表2所反映的在P0改變時和進(jìn)口閥開度改變時，P1、P2、P3和L1、L2的變化可見，進(jìn)氣P0的升高或降低，使P1，L1和L2發(fā)生相應(yīng)的改變。如果要使流量L1和L2不變,可調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度往P0增加的相反方向變化，即P0增大，進(jìn)口閥開度減少，或P0降低，進(jìn)口閥開度增大。
為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性，希望進(jìn)入分離塔的丙烷流量不要太大的波動。為此控制方式可有兩種選擇，一種采用流量控制方式，用流量變送器采集的流量信號回饋到控制系統(tǒng)上，使系統(tǒng)組成為一流量閉環(huán)系統(tǒng)，這樣不論P0如何變化，都可保證流量基本不變。另一種方式是用P1信號作為反饋信號，只要使P1保持穩(wěn)定流量就基本不變。因此，在進(jìn)氣壓力P0波動時，使壓縮機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，使P1不變，即可使流量基本不變。于是以壓力信號P1作為反饋信號組成壓力閉環(huán)系統(tǒng)。這里P1信號在壓縮機輸入管道上，但是P1的變化是壓縮機調(diào)速后的結(jié)果，作為閉環(huán)系統(tǒng)的反饋信號是可行的。由此可見，調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)進(jìn)口閥的開度在工藝上可達(dá)到相同的效果。本系統(tǒng)的壓縮機電機功率為160KW，工頻運行時，流量的改變靠閥門節(jié)流調(diào)節(jié)，浪費了大量的能源，機械的磨損未能減低，影響機組的使用壽命。為實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，采用一臺STD系列160kW變頻器與壓力變送器P1構(gòu)成恒壓控制。系統(tǒng)如圖2所示。
為提升整個系統(tǒng)的自動化水平，引入工控機進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖3。
本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采集壓力，流量,閥門開度等模擬量，輸出模擬量調(diào)節(jié)電動閥開度;采集報警，和其他開關(guān)信號，輸出備用系統(tǒng)起動信號，停止信號等。工控機通過RS485實現(xiàn)對變頻器進(jìn)行控制，P1壓力通過數(shù)據(jù)采集卡采集，經(jīng)工控機處理后,由RS485將控制信號送到變頻器,控制變頻器的頻率的升降，達(dá)到恒定P1的目的，最終使流量基本不變.當(dāng)然還要控制變頻器的起停，同時電機的運行參數(shù)也要送工控機進(jìn)行監(jiān)控。工控機為一臺CPU PⅢ，內(nèi)存128M，硬盤20G的研祥工控機，配置數(shù)據(jù)采集卡，溫度信號處理卡，開關(guān)信號接線板，RS485通訊卡，RS485通訊模塊等。
模擬量數(shù)據(jù)采集卡將壓力、流量、閥門開度、電機溫度和管道溫度等模擬信號轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字信號，每一路信號占用數(shù)據(jù)采集卡上一個模擬通道，互不影響，采樣周期為300ms。STD變頻器支持RS485半雙工串行通訊方式，通過在工控機上用IP函數(shù)或VB的MSCDMM通訊控件編制串行通訊程序，即可實現(xiàn)工控機與變頻器之間的通訊，本系統(tǒng)用VB的通訊控件編制。將采集到的數(shù)據(jù)信號，經(jīng)實時分析處理后，通過組態(tài)王監(jiān)控畫面，監(jiān)測現(xiàn)場傳輸?shù)膶崟r數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)及設(shè)備的運行狀況，歷史曲線的分析，實時報表，歷史報表的打印，聲光報警等。
5 結(jié)束語
原系統(tǒng)是在人為觀察P1壓力的情況下，改變進(jìn)口閥的開度來滿足工藝上的要求，在P0波動比較頻繁時，人工勞動強度大。控制系統(tǒng)投入運行后一般不需要人工干預(yù)，可在遠(yuǎn)離現(xiàn)場的地方進(jìn)行監(jiān)控。壓縮機用變頻器驅(qū)動后節(jié)能效果明顯,據(jù)用戶測算可節(jié)能18%～22%。電動機的起動電流和運行電流均在額定電流以下，減少了對電網(wǎng)的沖擊。電機速度不總是在工頻工作，延長了設(shè)備的使用壽命，系統(tǒng)的安全性也有所提高。
