超大功率高壓變頻器在中盈化肥壓縮機中的應用
加入技術交流群
安陽中盈化肥80萬噸尿素項目2010年7月由上級政府部門批準備案，地點設在滑縣，計劃建設周期為2010年7月—2012年12月，所采用的清潔生產工藝技術是世界領先的，氣化工序采用世界上先進的水煤漿氣化技術；凈化工序采用耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗及進口硫回收技術；氨合成工序采用瑞士卡薩利低壓合成工藝；尿素合成工序采用進口CO2氣提法工藝。整個系統中核心技術是世界最先進的，工程配置是最優化的，能量系統是最合理的，生產成本必將也是最低的，建成后將是目前河南省最大的一套尿素生產裝置。
生產合成氨的基本過程如下方框圖表示：
工藝原理及流程簡述:
氨冷凍主要是通過典型的壓縮制冷循環（壓縮→冷凝→節流→蒸發），將液氨這一良好的冷凍劑（其蒸發潛熱大）循環使用，從而為不同的用戶提供不同冷凍等級的冷量，同時回收氨冷用戶因換熱而產生的氣氨，通過再次升壓、降溫得到液氨供氨冷用戶循環使用。
重要參數:
一、氨壓縮機組主要參數：
序號 項目 單位 數值 備注
1 低壓缸一段入口流量 Nm3/h 30910
2 低壓缸一段進口壓力 MPa（A） 0.065
3 低壓缸一段進口溫度 ℃ -38
4 低壓缸一段出口壓力 MPa 0.266
5 低壓缸一段出口溫度 ℃ 79.9
6 高壓缸一段入口流量 Nm3/h 74003
7 高壓缸一段進口壓力 MPa 0.264
8 高壓缸一段進口溫度 ℃ 27.5
9 高壓缸一段出口壓力 MPa 0.581
10 高壓缸一段出口溫度 ℃ 99.3
11 高壓缸二段入口流量 Nm3/h 110733
12 高壓缸二段進口壓力 MPa 0.557
13 高壓缸二段進口溫度 ℃ 30.7
14 高壓缸二段出口壓力 MPaA 1.759
15 高壓缸二段出口溫度 ℃ 139.1
16 額定功率 KW 9920
17 正常功率SOR/EOR KW 8800/8790
18 壓縮機額定工作轉速 Rpm 9014
19 最大可調轉速 Rpm 9043
20 最小可調轉速 Rpm 6761
21 低壓缸第一臨界轉速 Rpm 3158
22 高壓缸第一臨界轉速 Rpm 3107
23 旋向方向 從驅動側看順時針
24 潤滑油牌號 GB11120-N46 透平油
壓縮機
額定功率：11000KW
額定電流：731A
額定電壓：10KV
額定轉速:1490 r/min
額定頻率50HZ
功率因數0.90
效率96.5%
最大轉矩倍數1.8
堵轉電流倍數4.5
堵轉轉矩倍數0.6
高壓電機
額定齒輪箱功率：11000 KW
額定轉速 輸入/輸出：1490/9043
齒輪齒數 大齒輪/小齒輪：176/29
實際使用能效系數：1.45
四、變頻器原理、技術參數、系統方案及現場運行
(1) 變頻調速原理
按照電機學的基本原理，電機的轉速滿足如下的關系式：
n=(1-s)60f/ P =n0×(1-s)
式中：P-電機極對數；f-電機運行頻率；s-滑差。
從式中看出，電機的同步轉速n0正比于電機的運行頻率(n0=60f/p)，由于滑差s一般情況下比較小（0-0.05），電機的實際轉速n約等于電機的同步轉速n0，所以調節了電機的供電頻率f，就能改變電機的實際轉速。
而改變頻率必須改變供電電壓，由交流電機成立的電磁關系式：
E=4.44fwΦ
式中：E-電機電動勢，f-定子頻率，W-繞組系數，Φ-氣隙主磁通。
對異步電機調速時，希望主磁通Φ恒定，即U/F保持恒定，所以改變頻率時，供電電壓也應跟著變化。
額定容量 6900×2KVA
額定輸出電流 730A
額定電壓10KV；
最高電壓11KV；
電壓正常變化范圍（1±10%）un；
額定頻率50HΖ；
頻率變化范圍±0.2HΖ；
電動機成組自起時，母線電壓65% un；
最大一臺電機啟動時，母線電壓80% un；
10KV母線側短路電流40kA（有效值）100kA（峰值）；
中性點：經消弧線圈方式接地。
(3)系統方案
該系統主要包括：10kV電壓等級18MW合成氣壓縮機1臺、11MW氨氣壓縮機1臺、11.5MW二氧化碳壓縮機1臺。其容量均在10MW級，屬超大功率旋轉負載。
高壓電機選用兩極異步電動機驅動，采用1:3.12增速齒輪箱與與壓縮機負載連接。選用利德華福電壓源型單元串聯多電平結構變頻器，網側功率因數大于0.95、網側諧波污染小于3%、適用于普通異步電動機；而無需增設無功補償或選用同步電動機。
壓縮機系統采用變頻驅動后，壓縮機組可實現軟起動、軟停車功能，并且能夠承受系統喘振時產生的電氣瞬時過載沖擊負荷，而不會保護誤動。采用變頻啟動時的電流加速曲線如圖一所示。另外，變頻器可以按照合成氨裝置生產所需的壓縮機升速曲線實現，調節壓縮機轉速；其啟動過程的加速特性如圖二所示。
圖一、壓縮機啟動過程電流加速特性曲線 圖二、壓縮機啟動加速特性曲線
評論