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安川变频器在石油工业中的应用案例

发布时间:2019-08-02 16:23:44来源:

安川公司在石油行业积累了非常丰富的经验,如G7/P7/F7/G5/P5/G5HHP/VS等不同系列的变频器都已经在OEM商中获得了广泛的应用,目前主要领域有离心分离机、泵、风机、运送设备、计量设备、压缩机等。
在石油化工行业应用的安川变频器具有下面几个特点:
(1) 其NEMA 3R的封装形式能够经受住油田常见的恶劣环境;
(2) 其专用的用户化驱动软件CASE能非常有效地工作于诸如磕头机的往复负载,从而无须采用耗能厉害的动态制动电阻;
(3) 其优秀的硬件设计和PC板喷涂工艺使得变频器在油田等恶劣环境和振动率高的场合下正常工作。
本文主要介绍了安川在石油行业的几个典型案例。

2  实现卧螺离心机的节能降耗


    在石油行业中,经常要用到卧螺离心机来处理原油脱水和污泥分离等工序,安川变频器已经成功地应用于DERRIC公司的DE-1000系列卧螺离心机,并取得了节能降耗的效果。
卧螺离心机的原理如图1所示,物料从进料口进入到离心机,筒体与螺旋同向低差速高速旋转、使物料的固相、液相分离,较重颗粒的固相被离心甩到筒壁并由螺旋推出筒体外,较轻颗粒的固相或液相则从另一端管道排出。

图1左图中,主电机拖动的负载为筒体,副电机拖动的负载为螺旋,由于在正常作业中,主电机的速度始终高于副电机,致使副电机长期工作在发电状态,传统的方法是采用能耗严重的涡流制动,其相当于刹车系统调速差。显然,将这部分能量充分利用起来是非常可观的。
安川的方案是基于变频器母线共联,将副电机的电能通过两台变频器之间的母线消耗到主电机的电动状态中去,使能量通过母线在变频器间共享,从而大大提升了系统的稳定性和可靠程度,同时又能降低能耗,比传统的涡流制动能耗节省20%~40%。安川的GPD 515/G5采用的是矢量工作方式,通过安装编码器,可以精确地实现差转速控制,同时在料堵塞时也能提供足够的转矩。
采用安川变频控制的卧螺离心机控制系统主要有以下特点:
(1) 人机界面HMI(一般采用PC-BASED系统)作为主机来进行控制,包括变频器间DeviveNet通讯、母线电压监测、各变频器参数读取和写入、进料各点控制等;
(2) 主电机采用GPD 515G5变频器来控制筒体的运转,由于工作在矢量控制方式下,因此它能提供足够大的启动转矩,克服筒体的惯量平滑启动;
(3) 副电机也采用GPD 515G5来控制螺旋以低于主电机的速度运转,其螺旋与转鼓之间的速差可以根据进料的变化自动调节,在堵塞情况下,螺旋能提供足够的转矩将料推出、清空并再次运行;
(4) 通过共母线方式来再生能量处理,其再生能量的大小取决于筒体的转速和筒体与螺旋的转速差;
(5) 变频器线路板的涂层设计配合防爆电机能使该系统稳定工作在油田恶劣的环境,如水汽、腐蚀气体、意外振动等。
通过全世界范围内多个油田的应用,配备安川GPD系列变频器的卧螺离心机都取得了明显的效果。油田原油脱水的产量成十倍地提高,由于该型离心机能长时间无故障地运行,对于物料的变化,变频器都能轻松克服并可以被自由调整输出; 由于变频调速节能环保和调速方便,能解决涡流制动的耗能发热问题和液压驱动的漏液问题,传动的部件都能以标准件替代,因此卧螺离心机都能做到免维护运行;现场总线DeviceNet的应用将变频器的设置和监视变得非常简单,用户只需在HMI上就可以得到一切传动运行数据和设定相应的工艺数据。实现输油泵站的压力PID控制管道输油是将原油(或油品)加压、加热通过输油管道由某地(一般是油田)输送至另一地(一般是炼厂、码头等)。加压的目的是为原油提供动能,以克服沿线地理位差及管道沿线的压力损失; 加热是针对“含蜡高、凝点高、粘度大”的“三高”原油而采取的措施,目的是使管道中原油的温度始终保持在凝点以上或更高的温度以使原油顺利流动。实现原油的长距离输送必须有输油站及线路两大部分。输油站中包括输油泵机组、加热设备、计量化验、通讯设备、储油罐等。
在这里有一个例子介绍了安川变频器VS616P5在俄克拉荷马州塔尔萨输油泵站(如图2)中的应用情况。该泵站的主泵是功率为110kW的往复泵,将附近各采油点的原油经加压后送到数公里外的炼油厂。

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