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压力变送器技术在氧化铝工业中的应用
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压力变送器技术在氧化铝工业中的应用

时间:2019-10-21 10:31:46
摘要: 压力变送器具有的精确性能高、调速范围广、反应速度快、节电效果明显等优点,为氧化铝生产增强工艺自动化程度,降低生产成本提供可能。文章对压力变送器在料浆泵、二旋进料泵和焙烧引风机、隔膜泵、过滤机、定量给料机上的应用进行了分析。
氧化铝行业经过近些年的不断发展,对设备节能性和智能性的要求越来越高,而压力变送器在氧化铝行业中的应用也越来越多,不管是料浆泵还是风机,都选择用压力变送器进行控制,既能达到节能的效果又能提高企业的智能化水平。老一些的氧化铝厂工艺控制多是靠调节阀门、风门的开度,以提高管道阻力来达到限制流量的目的,由于其工艺特点,管道及阀门处极易被钠盐结疤将阀板卡死,使阀门不能调节,应用中不仅造成了大量的能源浪费,且员工的劳动强度大,维修费用增加,成为制约企业发展的重要瓶颈。而压力变送器就成了解决这些问题的利器,压力变送器具有精确性能高、调速范围广、反应速度快、节电效果明显等优点,为氧化铝生产增强工艺自动化程度,降低生产成本提供可能。
1 压力变送器在氧化铝行业主要设备的应用及节能特点
1.1 压力变送器在料浆泵上的应用及节能特点
氧化铝生产中特别是湿法生产过程中每道工序的内部生产联系,及本工序和前后工序之间的联系都是通过泵、管道和储槽来完成的,用途非常广泛的料浆输送泵是离心泵,提高离心泵的使用效率也就抓住了节能的关键,节能特点:电机轴功率 P 和流量 Q、扬程 H 之间的关系为:
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即流量与转速成正比,而功率与流量的立方成正比。由于离心泵一般用不调速的笼型电动机传动,当流量需要改变时,用改变阀门的开度进行控制,效率很低。若采用转速控制,当流量减小时,所需功率近似按流量的 3 次方大幅度下降。例如流量下降到 80%,转速也下降到 80%时,则轴功率下降到额定功率的 51%;如流量下降到50%,功率 P 可下降到额定功率的 13%,当然由于实际工况的影响,节能的实际值不会有这么明显,即使这样,节能的效果也是十分明显的。
控制方式:目前大部分压力变送器都有面板、端子和总线几种控制方式,氧化铝生产中一般压力变送器都集中安装在配电室或压力变送器室,要求电动机的启停在生产现场或主控室用 DCS 控制,实质上现在采用的大都是端子控制。端子的主要设置有:①二线制控制;②模拟量输入用于速度控制;③模拟量输出用于实际速度显示;④开关量输出用于运行和故障指示。
1.2 压力变送器在二旋进料泵和焙烧引风机上的应用
二旋进料泵和焙烧引风机是大功率高压异步电动机,过去的高压压力变送器由于谐波污染大很难推广使用,近几年来国内的几个高压压力变送器生产厂推出无电网污染高压压力变送器,由多个低压变频功率单元相互串联,通过叠加来实现高压输出。以 10kV 大功率无污染压力变送器为例,高压10kV 经移相变压器输出 27 个 640V 的二次绕组,分别为每相 9 个功率单元模块供电,二次绕组之间存在一个相位差,可以吸收 36 次以下的谐波。
功率单元采用三相输入单向输出的脉冲宽度调制PWM 压力变送器,因此不管电动机是运行在高速还是低速,电动机的磁通密度都维持在一恒定值。由二极管组成三相桥式整流电路,经滤波后由 2 只低压 IGBT 逆变成单相交流电输出。由于使用常规的低压 IGBT 驱动电路简单,技术成熟,维修方便。在压力变送器本体输入端设有旁路刀闸,当压力变送器发生故障时用旁路刀闸将电动机工频运行,不至于影响生产进度。
节能比较:依我单位 1 台 900kW 焙烧引风机使用压力变送器前后对比,额定电流 64.6A,平均负载率 80%,使用前的平均一次电流 50A,使用后的平均一次电流 28A,
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1.3 压力变送器在隔膜泵上的应用
隔膜泵是氧化铝生产的重要设备之一,主要用于溶出和赤泥外排工序输送高固含物料,要求泵的流量大,出口压力高,电动机驱动力强劲。目前较流行的变频控制方式是利用变压器将高电压变成 690V 的低电压,再用 690V压力变送器驱动变频电动机。控制方式也有现场和 DCS 控制,现场控制箱上的液晶面板或 DCS 控制室向 PLC 发出启停、调速指令,通过 PLC 与各种检测信号运算后去控制压力变送器。此方式优点是成本低,维护方便。近期德国 WIRTH 公司推出 6.4kV 电动机直接变频方式也取得了较好的效果。
1.4 压力变送器在过滤机上的应用
过滤机是使液固混合的料浆经过多孔隔板和过滤介质,通过真空吸液、压缩风反吹等程序达到赤泥、硅渣、氢氧化铝及其他物料与滤液分离的目的。常用的有转鼓真空过滤机,水平盘式真空过滤机,多盘立式真空过滤机等。由于受到工艺、设备、人为等因素的影响时(如进料量的变化,真空或压缩空气压力减小、甚至停风等),会使过滤机效率降低,出现冒槽或干槽现象,而通过料位检测计压力变送器 PID 控制,这样现象就不会发生:雷达料位计或压力变送器(公式 p=ρgh)确定正常情况下料位高度,利用其输出的 4~20mA 电流信号在压力变送器内进行 PID 计算去控制过滤机和进料泵的速度,当料位发生变化时,过滤机和进料泵的速度作相应调整,以使料位处于平衡状态。
1.5 压力变送器在定量给料机上的应用
在矿浆制备和氢氧化铝焙烧等工序需要对固体物料进行实时连续计量,首先,物料随皮带的运动输出,经称重传感器将质量信号送至控制器,同时速度传感器也将检测到的电动机转速信号送入控制器中,在控制器内与设定值进行比较处理,通过 PID 调节实时地控制输送带的转速,实现定量给料的目的。
2 选择使用压力变送器时的一些注意事项
①压力变送器本身并不节能,其节能是建立在原来不能调速而造成浪费电能基础上。对于一些不需要流量调节和速度控制的设备上不要使用压力变送器。②选用大功率和高压压力变送器时应考虑高次谐波对电网的影响,必须符合国标 GB/T14549<电能质量、公用电网谐波>的规定。③不同品牌的压力变送器使用寿命不同,有的使用几年以后才维修一次,有的刚过保修期就要频繁维修,有的一经损坏就几乎没有修理价值,在计算投资收益时要把压力变送器的使用寿命和维修成本计算在内。④电动机选用上非常好使用专用变频电动机,对于一般的笼式电机,压力变送器的非常低频率不要调到10Hz 以下,以免散热不良烧坏电机。⑤为防止压力变送器运行时的干扰,在安装、布线时要考虑周全,如:加装电抗器、滤波器,使用屏蔽线,良好的接地,控制线和电源线分开布置等。⑥当压力变送器拖动大惯性负载时,为防止电动机反电动势冲击损坏压力变送器,压力变送器的减速时间设置不易过小;如电动机需要急停时,非常好加上刹车单元。⑦在氧化铝厂多潮、多尘的环境中,压力变送器应尽量集中安装在有空调的房间内,这样可大大降低压力变送器的故障率,延长使用寿命。
3 压力变送器运行期间设置功能的注意事项
①有的人在调试压力变送器时没有顾及压力变送器的“感受”,只根据生产需要把加减速时间调至 1 秒以下,压力变送器经常坏,当加速太快时,电机电流大,性能好的压力变送器会自动限制输出电流,延长加速时间,性能差的压力变送器会因为电流大而减小寿命,加速时间非常好不少于 2 秒。当减速太快时,压力变送器在停车时会受电机反电动势冲击,模块也容易损坏。电机要急停的非常好用上刹车单元,不然就延长减速时间或采用自由停车方式,特别是惯性非常大的大风机,减速时间一般要几分钟。
②有的人为了提高电机的转矩,常把压力变送器的转矩提升参数(或非常低输出电压)调到很高,这样压力变送器的启动电流会很大,经常跳“过流”,也容易损坏模块。转矩提升应适当,可慢慢调上去并观察电流大小,负载大的非常好用“矢量控制”,这时压力变送器能自动地输出非常大转矩,压力变送器要进行“调谐(自学习)”,但真正有此功能的压力变送器并不多,更不能调低基本频率,国内电机设计基本频率是 50Hz,当压力变送器的基本频率调小后,虽然可提高转矩,但电流急升,对压力变送器及电机都会造成伤害。
4 结束语
随着氧化铝企业不断的海外建厂,并且企业不断推行智能化工厂及数字化工厂,压力变送器也将迎来更大的发展和推力,促使压力变送器不断的改良技术,使其跟上企业的发展。
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