菱科變頻器在儲油庫輸油泵的節能應用

一、化奧油庫37KW輸油泵現在的運行狀況
化奧油庫輸油泵由4臺37KW立式油泵組成，主要承擔4個工作臺中的8個裝油點來向運油車進行計量裝油工作。每個裝油點的管道設計輸出流量為每小時60立方，37KW輸油泵每小時流量為180立方，一臺輸油泵承擔一個工作臺2個裝油點的注油工作任務（分別為1號閥門和2號閥門，閥門打開向運油車注油）；而實際生產運營中大部份時間只開啟一個出油閥門，二臺裝油車同時裝油很少，原來設計37KW的輸油泵時是為二臺裝油車同時作業而設計，但開啟一個閥門時，也要滿負荷工作，滿負荷工作時油泵輸出流量能到達每小時180立方，最終實際使用時才需要它的三分之一流量就能滿足生產要求，通過對整個輸油系統的工作原理分析，原有的輸油泵運行原理存在以下幾點問題：
1、37KW輸油泵的輸出流量過大，在開啟一個出油閥時只需要輸油泵的三分之一流量，輸油泵每次開啟都滿負載180立方輸出運行，這樣油泵和管道產生很大壓差，形成渦壓，管道壓差加大時導致電機負荷增大，電流上升，造成電能浪費。
2、油泵由于輸出容積大而實際管道輸送容積小，這樣的工作環境下，輸油泵運行中產生了大量的無用功耗，也大大縮短了輸油泵電機的使用壽命，加大設備維護成本。
　綜合以上的工作背景，有必要對輸油泵電機系統進行節能運行升級，利用變頻器調速器來運行輸油泵，以得到流量和壓力可調，根據實際需求的流量和壓力來自動控制輸油泵系統。
二、輸油泵系統采用變頻調速運行的節能技術原理
油泵在原有的工作特性為電機啟動以50Hz運轉，轉速為1420r/min轉，輸出流量180立方，轉速與流量壓力成正比，如圖所示：

圖1： 輸油泵的工作原理分折

我們從上圖可以看出，通過油泵電機轉速的變化，流量也隨著轉速降低而降低，所以只有使用變頻器才能使油泵電機的轉速變成自由可調，同時也使油泵的流量和壓力可調，通過變頻的調節來達到現有的生產工藝要求。我們采用北京中達菱科電氣有限公司生產的菱科LK600P系列油泵專用變頻器，來提高輸油泵的工作特性，而且充分利用變頻器的調速功能來實現流量和壓力可調，以任意調節電機轉速來達到目的，同時也起到節約電能、廷長油泵電機的使用壽命，環保節能是本項目的初衷。
輸油泵通過變頻運行的節能依據?---變頻的工作原理在這就不做詳細介紹，我們通過下圖表進行對比可以看出，變頻運行時的電機轉速變化，電機負載電流也隨著變化。當然由于電機轉速的降低變頻輸出電壓也隨即降低，通過電壓降低，油泵的負荷電流也同樣降低。下面所述的數據是本公司在現場電機運行所測的實際數據。圖2：表為37KW輸油工頻運行時的電機負載電流，表1：為37KW輸油泵在變頻運行時的油泵電機轉速、電機運行電流以及在任意轉速時的流量變化。

圖2： 37KW輸油工頻運行時的電機負載電流

現場數據：化奧油庫一臺37KW油泵供給一個工作臺二個注油閥工作，一個注油閥設計輸出流量為60立方，二個同時打開時，流量在120立方能滿足生產要求，怎樣實現一個注油閥打開，變頻器只需輸出一個60立方的準確流量？在以下解決方案中詳細講解。當為一臺運油車進行注油工作時，變頻器以25Hz運轉，電機電流為43A，可以節約電流51A，節電率在60%以下。打開二個注油閥為二臺運油車注油時，變頻器的工作頻率為35Hz，電機電流48A，節約電流26A，節電率在40%以下。
從上列表和現場數據來分折中煤秦皇島儲運中心化奧油庫現有輸油泵工作原理，我可以看到變頻器在運行油泵時起到的作用，通過變頻控制輸油泵的電機轉速,使油泵輸出一個合理的流量和壓力以滿足生產要求，同時也大大降底電機的負荷電流，節能非常明顯。
三、變頻器控制方式
變頻器的作用是為電機提供可變頻率的電源，實現電機的無級調速，從而使管網油壓連續變化。壓力變送器的任務是檢測管網的流量和壓力，流量和壓力的設定單元為系統提供滿足用戶需求的流量和壓力的期望值。流量和壓力的設定信號通過4-20mA電流反饋信號輸入變頻器后再經變頻器內部PID控制程序的計算，輸出給變頻器一個轉速控制信號，變頻器接收到4-20mA電流信號時開始工作，先啟動輸油泵電機，使管網流量油壓達到設定值，之后變頻器的輸出頻率隨著流量和壓力到達頂點時，變頻器轉速開始下降，直至保持管網壓力和流量輸送在符合生產要求的所需要預定值內。當輸油量增加或開啟二個出油閥時管網壓力減弱，壓力變送器將這一信號處理成4-20mA信號送入變頻器，（注：變頻器是根據4-20mA電流值大小來決定輸出頻率的大小，頻率大小就是電機的轉速高與低），變頻器頻率開始回升，使變頻器的輸出頻率上升，油泵的轉速提高，流量和壓力相應上升，如果注油輸出流量增加很多，變頻器的輸出頻率將達到最大值50Hz，以上依據，通過變頻的內置PID控制能使整套供油系統操作性更強，大大減少勞動密度。
由于整個化奧油庫的電氣系統采用上位機集控制，輸油泵電機采用軟啟動方式啟動，輸油泵的啟動、停止、分別為集中控制和機旁控制，操作臺為二個吏密斯電磁閥，利用電磁閥的開關來承擔給運油車注油工作，吏密斯電磁閥帶有流量計量和壓力變送功能，能為變頻器提供一個4—20MA變送信號輸出，壓力變送值可自由設定大小，所設定的變送值對應4-20MA輸出。當菱科變頻器的4-20mA信號輸入接口收到壓力變送器傳送的電流信號時，根據信號源大小再通過變頻器內置的PID控制計算，能自動完整地使輸油泵在預定的流量壓力內工作，來達到本生產線的生產工藝要求。
四、系統方案
　　在油庫經營生產過程中，輸油泵在整個系統中屬于非常重要的生產設備，要求變頻器能長時間連續運轉，應具備的性能外更要有極高的可靠性，在了解現場的生產工藝特點并結合本設計方案，本系統設計時應具備適應現場操作性能，并完全能與原來的電氣系統互相兼容，做到按原有控制特性不變；本系統設計時具備以下功能：
1、 變頻系統與原動力柜的工頻軟啟動器系統能手動自由切換。一旦變頻系統出現某種故障，可以手動切換到原動力柜的工頻軟啟動，當變頻系統維修期間，原軟啟動器系統能正常保障輸油泵的運行工作，滿足油庫的正常生產。
2、 變頻系統的運轉頻率的調節采用PID閉環控制環方式，根據流量壓力變送4-20mA的信來決定變頻器的輸出頻率，這樣保障輸油系統的安全運行又使整套系統更加方便操作性、智能自動化強。

3、考慮到現場的工作環境和設備的安全， 變頻控制柜面板不宜設置過多的顯示設備，只配置軟啟動器與變頻轉換開關、運行指示燈、變頻運行故障燈、變頻操作顯示面板，使變頻器的運行參數、電機電流、電機轉速一目了然，極大地方便了現場操作人員的操作和對設備運行狀態的監控。
4、 變頻系統設置6位的密碼，可將變頻器的運行參數鎖定保護，確保變頻輸油系統不在人為的錯誤操作下造成輸油泵停機，實現系統連續平穩運行。
5、 變頻器采用獨立配線供電，杜絕電磁對設備相互干擾，保證設備的安全運行。
6、變頻系統對輸油泵電機實行軟啟、軟停，減少了啟動過程中對電網沖擊，改善供電質量同時也延長了輸油泵電機的保養維護周期，由于使用變頻后與原來相比電機轉速下降，低速運行對油泵軸、軸承的磨損程度減少，這將大大延長輸油泵的軸承，機械密封等易損件的壽命。

五、工程造價
本項目由4臺37KW 輸油泵組成，變頻器選用4臺37KW菱科LK600P系列油泵專用型變頻器，整個項目造價如下表：
序號 產品型號 數量 單價RMB 總金額RMB 工程總RMB
1 菱科LK600P-037T4 4 17800.00 71200.00
37KW變頻器
2 變頻柜GPT 4 4300.00 17200.00
3 空氣開關、接觸器、
顯示面板、轉換開關、4 5300.00 21200.00 129900.00
指示燈、智能反饋卡
4 控制線和主電機電纜 1 12000.00 12000.00
5 現場接線施工費 1 8300.00 8300.00
六、投資成本收回期
4臺輸油泵按每天工作12個小時計算，根據實測的平均節電率40%