摘要: 壓力變送器具有的精que性能高、調(diào)速范圍廣、反應(yīng)速度快、節(jié)電效果明顯等優(yōu)點,為氧化鋁生產(chǎn)增強工藝自動化程度,降低生產(chǎn)成本提供可能。文章對壓力變送器在料漿泵、二旋進料泵和焙燒引風(fēng)機、隔膜泵、過濾機、定量給料機上的應(yīng)用進行了分析。
氧化鋁行業(yè)經(jīng)過近些年的不斷發(fā)展,對設(shè)備節(jié)能性和智能性的要求越來越高,而壓力變送器在氧化鋁行業(yè)中的應(yīng)用也越來越多,不管是料漿泵還是風(fēng)機,都選擇用壓力變送器進行控制,既能達到節(jié)能的效果又能提高企業(yè)的智能化水平。老一些的氧化鋁廠工藝控制多是靠調(diào)節(jié)閥門、風(fēng)門的開度,以提高管道阻力來達到限制流量的目的,由于其工藝特點,管道及閥門處極易被鈉鹽結(jié)疤將閥板卡死,使閥門不能調(diào)節(jié),應(yīng)用中不僅造成了大量的能源浪費,且員工的勞動強度大,維修費用增加,成為制約企業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。而壓力變送器就成了解決這些問題的利器,壓力變送器具有精que性能高、調(diào)速范圍廣、反應(yīng)速度快、節(jié)電效果明顯等優(yōu)點,為氧化鋁生產(chǎn)增強工藝自動化程度,降低生產(chǎn)成本提供可能。
1 壓力變送器在氧化鋁行業(yè)主要設(shè)備的應(yīng)用及節(jié)能特點
1.1 壓力變送器在料漿泵上的應(yīng)用及節(jié)能特點
氧化鋁生產(chǎn)中特別是濕法生產(chǎn)過程中每道工序的內(nèi)部生產(chǎn)聯(lián)系,及本工序和前后工序之間的聯(lián)系都是通過泵、管道和儲槽來完成的,用途#廣泛的料漿輸送泵是離心泵,提高離心泵的使用效率也就抓住了節(jié)能的關(guān)鍵,節(jié)能特點:電機軸功率 P 和流量 Q、揚程 H 之間的關(guān)系為:
即流量與轉(zhuǎn)速成正比,而功率與流量的立方成正比。由于離心泵一般用不調(diào)速的籠型電動機傳動,當流量需要改變時,用改變閥門的開度進行控制,效率很低。若采用轉(zhuǎn)速控制,當流量減小時,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%,轉(zhuǎn)速也下降到 80%時,則軸功率下降到額定功率的 51%;如流量下降到50%,功率 P 可下降到額定功率的 13%,當然由于實際工況的影響,節(jié)能的實際值不會有這么明顯,即使這樣,節(jié)能的效果也是十分明顯的。
控制方式:目前大部分壓力變送器都有面板、端子和總線幾種控制方式,氧化鋁生產(chǎn)中一般壓力變送器都集中安裝在配電室或壓力變送器室,要求電動機的啟停在生產(chǎn)現(xiàn)場或主控室用 DCS 控制,實質(zhì)上現(xiàn)在采用的大都是端子控制。端子的主要設(shè)置有:①二線制控制;②模擬量輸入用于速度控制;③模擬量輸出用于實際速度顯示;④開關(guān)量輸出用于運行和故障指示。
1.2 壓力變送器在二旋進料泵和焙燒引風(fēng)機上的應(yīng)用
二旋進料泵和焙燒引風(fēng)機是大功率高壓異步電動機,過去的高壓壓力變送器由于諧波污染大很難推廣使用,近幾年來國內(nèi)的幾個高壓壓力變送器生產(chǎn)廠推出無電網(wǎng)污染高壓壓力變送器,由多個低壓變頻功率單元相互串聯(lián),通過疊加來實現(xiàn)高壓輸出。以 10kV 大功率無污染壓力變送器為例,高壓10kV 經(jīng)移相變壓器輸出 27 個 640V 的二次繞組,分別為每相 9 個功率單元模塊供電,二次繞組之間存在一個相位差,可以吸收 36 次以下的諧波。
功率單元采用三相輸入單向輸出的脈沖寬度調(diào)制PWM 壓力變送器,因此不管電動機是運行在高速還是低速,電動機的磁通密度都維持在一恒定值。由二極管組成三相橋式整流電路,經(jīng)濾波后由 2 只低壓 IGBT 逆變成單相交流電輸出。由于使用常規(guī)的低壓 IGBT 驅(qū)動電路簡單,技術(shù)成熟,維修方便。在壓力變送器本體輸入端設(shè)有旁路刀閘,當壓力變送器發(fā)生故障時用旁路刀閘將電動機工頻運行,不至于影響生產(chǎn)進度。
節(jié)能比較:依我單位 1 臺 900kW 焙燒引風(fēng)機使用壓力變送器前后對比,額定電流 64.6A,平均負載率 80%,使用前的平均一次電流 50A,使用后的平均一次電流 28A,
1.3 壓力變送器在隔膜泵上的應(yīng)用
隔膜泵是氧化鋁生產(chǎn)的重要設(shè)備之一,主要用于溶出和赤泥外排工序輸送高固含物料,要求泵的流量大,出口壓力高,電動機驅(qū)動力強勁。目前較流行的變頻控制方式是利用變壓器將高電壓變成 690V 的低電壓,再用 690V壓力變送器驅(qū)動變頻電動機?刂品绞揭灿鞋F(xiàn)場和 DCS 控制,現(xiàn)場控制箱上的液晶面板或 DCS 控制室向 PLC 發(fā)出啟停、調(diào)速指令,通過 PLC 與各種檢測信號運算后去控制壓力變送器。此方式優(yōu)點是成本低,維護方便。近期德國 WIRTH 公司推出 6.4kV 電動機直接變頻方式也取得了較好的效果。
1.4 壓力變送器在過濾機上的應(yīng)用
過濾機是使液固混合的料漿經(jīng)過多孔隔板和過濾介質(zhì),通過真空吸液、壓縮風(fēng)反吹等程序達到赤泥、硅渣、氫氧化鋁及其他物料與濾液分離的目的。常用的有轉(zhuǎn)鼓真空過濾機,水平盤式真空過濾機,多盤立式真空過濾機等。由于受到工藝、設(shè)備、人為等因素的影響時(如進料量的變化,真空或壓縮空氣壓力減小、甚至停風(fēng)等),會使過濾機效率降低,出現(xiàn)冒槽或干槽現(xiàn)象,而通過料位檢測計壓力變送器 PID 控制,這樣現(xiàn)象就不會發(fā)生:雷達料位計或壓力變送器(公式 p=ρgh)確定正常情況下料位高度,利用其輸出的 4~20mA 電流信號在壓力變送器內(nèi)進行 PID 計算去控制過濾機和進料泵的速度,當料位發(fā)生變化時,過濾機和進料泵的速度作相應(yīng)調(diào)整,以使料位處于平衡狀態(tài)。
1.5 壓力變送器在定量給料機上的應(yīng)用
在礦漿制備和氫氧化鋁焙燒等工序需要對固體物料進行實時連續(xù)計量,shou先,物料隨皮帶的運動輸出,經(jīng)稱重傳感器將質(zhì)量信號送至控制器,同時速度傳感器也將檢測到的電動機轉(zhuǎn)速信號送入控制器中,在控制器內(nèi)與設(shè)定值進行比較處理,通過 PID 調(diào)節(jié)實時地控制輸送帶的轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)定量給料的目的。
2 選擇使用壓力變送器時的一些注意事項
①壓力變送器本身并不節(jié)能,其節(jié)能是建立在原來不能調(diào)速而造成浪費電能基礎(chǔ)上。對于一些不需要流量調(diào)節(jié)和速度控制的設(shè)備上不要使用壓力變送器。②選用大功率和高壓壓力變送器時應(yīng)考慮高次諧波對電網(wǎng)的影響,必須符合國標 GB/T14549<電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波>的規(guī)定。③不同品牌的壓力變送器使用壽命不同,有的使用幾年以后才維修一次,有的剛過保修期就要頻繁維修,有的一經(jīng)損壞就幾乎沒有修理價值,在計算投資收益時要把壓力變送器的使用壽命和維修成本計算在內(nèi)。④電動機選用上#好使用專用變頻電動機,對于一般的籠式電機,壓力變送器的#低頻率不要調(diào)到10Hz 以下,以免散熱不良燒壞電機。⑤為防止壓力變送器運行時的干擾,在安裝、布線時要考慮周全,如:加裝電抗器、濾波器,使用屏蔽線,良好的接地,控制線和電源線分開布置等。⑥當壓力變送器拖動大慣性負載時,為防止電動機反電動勢沖擊損壞壓力變送器,壓力變送器的減速時間設(shè)置不易過小;如電動機需要急停時,#好加上剎車單元。⑦在氧化鋁廠多潮、多塵的環(huán)境中,壓力變送器應(yīng)盡量集中安裝在有空調(diào)的房間內(nèi),這樣可大大降低壓力變送器的故障率,延長使用壽命。
3 壓力變送器運行期間設(shè)置功能的注意事項
①有的人在調(diào)試壓力變送器時沒有顧及壓力變送器的“感受”,只根據(jù)生產(chǎn)需要把加減速時間調(diào)至 1 秒以下,壓力變送器經(jīng)常壞,當加速太快時,電機電流大,性能好的壓力變送器會自動限制輸出電流,延長加速時間,性能差的壓力變送器會因為電流大而減小壽命,加速時間#好不少于 2 秒。當減速太快時,壓力變送器在停車時會受電機反電動勢沖擊,模塊也容易損壞。電機要急停的#好用上剎車單元,不然就延長減速時間或采用自由停車方式,特別是慣性非常大的大風(fēng)機,減速時間一般要幾分鐘。
②有的人為了提高電機的轉(zhuǎn)矩,常把壓力變送器的轉(zhuǎn)矩提升參數(shù)(或#低輸出電壓)調(diào)到很高,這樣壓力變送器的啟動電流會很大,經(jīng)常跳“過流”,也容易損壞模塊。轉(zhuǎn)矩提升應(yīng)適當,可慢慢調(diào)上去并觀察電流大小,負載大的#好用“矢量控制”,這時壓力變送器能自動地輸出#大轉(zhuǎn)矩,壓力變送器要進行“調(diào)諧(自學(xué)習(xí))”,但真正有此功能的壓力變送器并不多,更不能調(diào)低基本頻率,國內(nèi)電機設(shè)計基本頻率是 50Hz,當壓力變送器的基本頻率調(diào)小后,雖然可提高轉(zhuǎn)矩,但電流急升,對壓力變送器及電機都會造成傷害。
4 結(jié)束語
隨著氧化鋁企業(yè)不斷的海外建廠,并且企業(yè)不斷推行智能化工廠及數(shù)字化工廠,壓力變送器也將迎來更大的發(fā)展和推力,促使壓力變送器不斷的改良技術(shù),使其跟上企業(yè)的發(fā)展。