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    壓力變送器技術在氧化鋁工業中的應用
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    壓力變送器技術在氧化鋁工業中的應用

    時間:2019-10-21 10:31:46
    摘要: 壓力變送器具有的精確性能高、調速范圍廣、反應速度快、節電效果明顯等優點,為氧化鋁生產增強工藝自動化程度,降低生產成本提供可能。文章對壓力變送器在料漿泵、二旋進料泵和焙燒引風機、隔膜泵、過濾機、定量給料機上的應用進行了分析。
    氧化鋁行業經過近些年的不斷發展,對設備節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中的應用也越來越多,不管是料漿泵還是風機,都選擇用壓力變送器進行控制,既能達到節能的效果又能提高企業的智能化水平。老一些的氧化鋁廠工藝控制多是靠調節閥門、風門的開度,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疤將閥板卡死,使閥門不能調節,應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,成為制約企業發展的重要瓶頸。而壓力變送器就成了解決這些問題的利器,壓力變送器具有精確性能高、調速范圍廣、反應速度快、節電效果明顯等優點,為氧化鋁生產增強工藝自動化程度,降低生產成本提供可能。
    1 壓力變送器在氧化鋁行業主要設備的應用及節能特點
    1.1 壓力變送器在料漿泵上的應用及節能特點
    氧化鋁生產中特別是濕法生產過程中每道工序的內部生產聯系,及本工序和前后工序之間的聯系都是通過泵、管道和儲槽來完成的,用途非常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能的關鍵,節能特點:電機軸功率 P 和流量 Q、揚程 H 之間的關系為:
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    即流量與轉速成正比,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,節能的實際值不會有這么明顯,即使這樣,節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現場或主控室用 DCS 控制,實質上現在采用的大都是端子控制。端子的主要設置有: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機上的應用
    二旋進料泵和焙燒引風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,近幾年來國內的幾個高壓壓力變送器生產廠推出無電網污染高壓壓力變送器,由多個低壓變頻功率單元相互串聯,通過疊加來實現高壓輸出。以 10kV 大功率無污染壓力變送器為例,高壓10kV 經移相變壓器輸出 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。由于使用常規的低壓 IGBT 驅動電路簡單,技術成熟,維修方便。在壓力變送器本體輸入端設有旁路刀閘,當壓力變送器發生故障時用旁路刀閘將電動機工頻運行,不至于影響生產進度。
    節能比較:依我單位 1 臺 900kW 焙燒引風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,
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    1.3 壓力變送器在隔膜泵上的應用
    隔膜泵是氧化鋁生產的重要設備之一,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壓力變送器驅動變頻電動機?刂品绞揭灿鞋F場和 DCS 控制,現場控制箱上的液晶面板或 DCS 控制室向 PLC 發出啟停、調速指令,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用
    過濾機是使液固混合的料漿經過多孔隔板和過濾介質,通過真空吸液、壓縮風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、甚至停風等),會使過濾機效率降低,出現冒槽或干槽現象,而通過料位檢測計壓力變送器 PID 控制,這樣現象就不會發生: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進行 PID 計算去控制過濾機和進料泵的速度,當料位發生變化時,過濾機和進料泵的速度作相應調整,以使料位處于平衡狀態。
    1.5 壓力變送器在定量給料機上的應用
    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計量,首先,物料隨皮帶的運動輸出,經稱重傳感器將質量信號送至控制器,同時速度傳感器也將檢測到的電動機轉速信號送入控制器中,在控制器內與設定值進行比較處理,通過 PID 調節實時地控制輸送帶的轉速,實現定量給料的目的。
    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能,其節能是建立在原來不能調速而造成浪費電能基礎上。對于一些不需要流量調節和速度控制的設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考慮高次諧波對電網的影響,必須符合國標 GB/T14549<電能質量、公用電網諧波>的規定。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。④電動機選用上非常好使用專用變頻電動機,對于一般的籠式電機,壓力變送器的非常低頻率不要調到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置不易過;如電動機需要急停時,非常好加上剎車單元。⑦在氧化鋁廠多潮、多塵的環境中,壓力變送器應盡量集中安裝在有空調的房間內,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置功能的注意事項
    ①有的人在調試壓力變送器時沒有顧及壓力變送器的“感受”,只根據生產需要把加減速時間調至 1 秒以下,壓力變送器經常壞,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,加速時間非常好不少于 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。電機要急停的非常好用上剎車單元,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機,減速時間一般要幾分鐘。
    ②有的人為了提高電機的轉矩,常把壓力變送器的轉矩提升參數(或非常低輸出電壓)調到很高,這樣壓力變送器的啟動電流會很大,經常跳“過流”,也容易損壞模塊。轉矩提升應適當,可慢慢調上去并觀察電流大小,負載大的非常好用“矢量控制”,這時壓力變送器能自動地輸出非常大轉矩,壓力變送器要進行“調諧(自學習)”,但真正有此功能的壓力變送器并不多,更不能調低基本頻率,國內電機設計基本頻率是 50Hz,當壓力變送器的基本頻率調小后,雖然可提高轉矩,但電流急升,對壓力變送器及電機都會造成傷害。
    4 結束語
    隨著氧化鋁企業不斷的海外建廠,并且企業不斷推行智能化工廠及數字化工廠,壓力變送器也將迎來更大的發展和推力,促使壓力變送器不斷的改良技術,使其跟上企業的發展。
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