变频循环泵调节酸浴流量的创新应用

安民

（唐山三友集团兴达化纤有限公司，河北唐山 063305）

设备与控制

变频循环泵调节酸浴流量的创新应用

安民

（唐山三友集团兴达化纤有限公司，河北唐山 063305）

针对黏胶短纤维生产过程中酸浴系统闪蒸循环流量自控阀运行时间短、易损坏的难题进行分析，并提出改进方案，同时对改造后效果和变频节电进行了分析总结。

酸浴；流量控制；变频；节能

目前国内企业，在黏胶短纤维生产过程中，调节酸浴流量需使用较多的自控调节阀[1]，由于酸浴腐蚀性强，尤其一步提硝工艺的应用，酸浴介质中存在颗粒物，在自控调节阀动作过程中，其阀体和阀板易受磨损，进而因腐蚀损坏，故障率一直较高，备件消耗量较大，更换维修工作量大；其次在酸浴循环系统中，循环泵选型普遍存在大马拉小车的状况，其流量控制普遍采用调节泵出口阀门和利用管道上自控阀调节流量，大量的能源被阀板消耗掉。为解决上述问题，我们针对故障率较高的闪蒸循环系统阀门和系统节能进行攻关，通过取消管道上的自控阀门，使用变频调节器控制循环泵转速，实现控制酸浴流量的创新方案，解决上述问题，并取得了一定的节电效果。

1 工作过程

原来酸浴闪蒸循环流量控制系统如图1所示。

其工况和工作过程为：

图1 酸浴闪蒸系统图

P2201、P2202为55 kW闪蒸循环泵，FIC10001是自控[1]调节阀，其公称直径为DN 200 mm，材质为聚四氟乙烯隔膜内衬的碳钢阀门；FIC10002是电磁流量计，其公称直径也为DN200 mm，内衬材质为聚四氟乙烯。工作中，酸浴温度约为60℃。P2201闪蒸循环泵给A套闪蒸供酸，P2202闪蒸循环泵为备用。其流量调节通过FIC10001调节阀和流量计FIC10002构成闭环控制；其控制[2]原理图如图2所示，即流量计FIC1002将采集的流量信号以4～20 mA模拟量的方式传输给DCS控制系统，在DCS控制室操作人员可以设定为自动方式或手动方式对流量进行调解，经过DCS运算的信号以4～20 mA模拟量的方式传输给现场的自控调节阀，从而控制调节阀的开度，实现流量调节，调节后的流量信号又被流量计采集，从而形成闭环控制[1]。

图2 自控阀调节流量原理

2 存在问题

2.1 节流调节的损耗

从以上的分析中，我们可以了解，酸浴闪蒸循环泵的流量调节属于节流调节。即在水泵的出口管路上装设自控阀门，通过改变阀门的开度，使装置需要扬程曲线发生变化，从而导致水泵工作点位置的变化，从而调节流量。节流调节优点是调节简单、可靠、方便，且调节装置的初投资很少，故以前各种离心泵多采用这种调节方式。缺点是能量损失很大，由于流量大小靠阀门开度进行调整，因此比较大的一部份能量损失在阀板上，目前正逐渐被其它调节方式所取代。

2.2 腐蚀损坏问题

在黏胶短纤维生产运行过程中，自控[1]调节阀需要长期动作，随着行业内酸站车间一步提硝工艺改造的推广，提硝过程中，酸浴中有少量结晶物，膜片极易损坏，在一般情况下，阀体漏酸时才发现隔膜损坏，此时整个阀体已经受损报废，为减少阀体受腐蚀，只能加大力度定期更换阀门，备件消耗和人工工作量较大。

3 解决方案

根据循环泵的流量与其转速成正比；泵的扬程与其转速的平方成正比；泵的轴功率与其转速的立方成正比的基本原理，利用变频调节闪蒸循环泵转速控制酸浴流量，取消易损坏的调节阀。控制机理如图3所示。

图3 流量调节图

图3中，曲线1是阀门全部打开时，水泵阻力特性；曲线2是额定转速时，泵的扬程特性。供水系统的工作点为A点，流量为QA、扬程为HA，电动机轴功率与面积O-QA-A-HA成正比。如将流量减少到QB，主要的调节方法有两种：

（1）循环泵转速不变，将水泵出口阀或调节阀门关小，这时水泵阻力特性曲线如曲线3所示，泵工作点移至B点：流量QB、扬程HB、电动机轴功率与面积O-QB-B-HB成正比。

（2）如将循环泵阀门开度不变，仍处于全部打开状态，通过变频调速器降低泵转速，这时扬程特性如曲线4所示，水泵工作点移至C点：流量仍为QB，但是扬程为HC;电动机轴功率与面积O-QB-C-HC成正比。

通过原理分析，调节循环泵转速可满足酸浴流量和扬程要求，同时泵降速后，电动机轴功率由面积O-QB-B-HB降至面积O-QB-C-HC，电机轴功率减少幅度较大。

4 变频循环泵的创新应用

4.1控制原理

从图4可以看出，工艺上取消了自控调节阀门FIC1001，只是保留了电磁流量计，使用其信号作为控制电动机[2]的转速控制信号。其电气控制[2]原理图如图5所示，其流量调节通过BP30001（BP30002）变频调速器[3]和流量计FIC10002构成闭环控制[1]；即流量计FIC1002将采集的流量信号以4～20 mA模拟量的方式传输给DCS控制系统，在DCS控制室操作人员可以设定为自动方式或手动方式对流量进行调解，经过DCS运算的信号以4～20 mA模拟量的方式传输给现场的BP30001（BP30002）变频调速器，从而控制电动机的转速，实现流量调节，调节后[1]的流量信号又被流量计采集，从而形成闭环控制。酸浴调节过程手阀1与2处于全开状态，避免损失及阀门损坏。

图4 改造后的系统图

图5 变频改造后的电气原理图

4.2 改造后的工作过程

以A套闪蒸循环泵为例，取消循环泵出口调节阀后，DCS接收电磁流量计FIC10002的4～20 mA流量信号，DCS根据实际流量值进行PID运算，调整闪蒸循环泵P2201变频器频率，如设定循环量160 m3／h，当流量低时，DCS输出4～20 mA信号，提高电机转速；流量高时，降低电机转速。同时变频器设定最低频率限制30 Hz，确保循环泵的扬程满足工艺系统要求，而且防止电动机转速过低，风扇自冷却功能下降幅度过大，烧毁电机绕组。

4.3 控制信号分配

图6为酸浴流量控制信号转换图，DCS接收电磁流量计FIC10002的4～20 mA流量信号，通过控制装置分别送给模拟输出卡1与2，模拟输出卡1与2与BP30001变频调速器及BP30002变频调速器连接。当任1台循环泵或2台循环泵同时运行时，两台变频调速装置得到同一调节信号，从而保证了循环泵同工同频运行。

图6 酸浴流量控制信号转换图

5 改造后的分析

5.1 电动机频率和酸浴流量

改造后，电动机运行频率和酸浴流量对应关系如表1。

从表1中，可看出调节阀取消后，在闪蒸循环泵出口阀全部打开的状态下，随着电动机运行频率提升，酸浴流量也稳定逐渐提升，经运行监测完全满足工艺要求。

表1 频率和酸浴流量对应关系表

5.2 节电对比

表2为A套闪蒸循环泵正常生产情况下，改造前后对比表。

由表2可知；采用变频调速[3]后，电机运行功率由47.5 kW降至29 kW，可节约功率18.5 kW,单台闪蒸循环泵节电率在38.9%，节能效果明显。

表2 变频改造节电对比

6 结语

闪蒸循环泵改造后具有以下优点：

（1）创新解决了聚四氟乙烯调节阀易损坏的难题。

（2）节能效果显著，设备的节电率在35%以上。

（3）实现了软启动，电动机起动电流大幅度下降，避免了电动机起动时对电网的冲击。

（4）设备运行平稳，消除了起动和停机时的水锤效用，延长管路使用寿命。

[1]王建辉.自动控制原理[M].4版.北京：冶金工业出版社，2005.

[2]刘介才.工厂供电[M].第二版.北京.机械工业出版社出版，1991.

[3]北京ABB电气传动系统有限公司.低压交流传动ACS510-01变频器（1.1-160 kW）用户手册[Z].2009.

INNOVATIVE APPLICATION OF FREQUENCY CONVERSION CIRCULATION PUMP TO ADJUST ACID BATH FLOW RATE

AN Min
(Tangshan Sanyou Group Xingda Chemical Fibre Co.,Ltd.,Tangshan 063305,China)

This article analyzes the problems of short operation time,easy to damage of flash cycle flow control valve in acid bath system during the process of viscose staple fiber production,put forward the improvement scheme,and discusses the transformation effect and frequency conversion power saving.

acid bath;flow control;variable frequency;energy saving

TH318；TM921.51

B

10.3969／j.issn.1672-500x.2013.03.010

1672-500X(2013)03-0033-05

2013-06-05

安民(1973-)，男，河北省迁安市人，高级工程师，从事电气运行维护，电气开发与设计。