談機(jī)場(chǎng)油庫(kù)變頻技術(shù)的應(yīng)用論文
【摘要】在機(jī)場(chǎng)油庫(kù)的運(yùn)營(yíng)的過程里，最不可或缺的環(huán)節(jié)就是油品輸送，它是一個(gè)極具綜合性與復(fù)雜性、涉及面極廣的系統(tǒng)科學(xué)。油品輸送離心泵在工作中經(jīng)常出現(xiàn)高能耗低產(chǎn)出的現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式有著諸多缺點(diǎn)，而在離心泵上采用變頻技術(shù)不僅節(jié)能效果顯著，而且具有穩(wěn)定、沖擊小、設(shè)備安全性高等優(yōu)點(diǎn)。文中概述了離心泵在油庫(kù)中的應(yīng)用情況，分析了機(jī)場(chǎng)油庫(kù)油品使用離心泵方式與缺點(diǎn)，探討了機(jī)場(chǎng)油庫(kù)離心泵變頻調(diào)節(jié)方法及注意事項(xiàng)。
【關(guān)鍵詞】變頻應(yīng)用技術(shù)論文
油庫(kù)的油品輸送業(yè)務(wù)非常廣泛，例如，液態(tài)介質(zhì)的存儲(chǔ)、收發(fā)和管理等都離不開油品輸送。從原理上來說，輸油系統(tǒng)基本是利用一單臺(tái)或多臺(tái)具有相同或相近性能的離心泵將油品通過工藝管道輸出至下一級(jí)使其能夠進(jìn)入下一步工序的過程[1]。但由于運(yùn)行過程中諸如油品溫度、油品粘度、油品輸送量以及其他參數(shù)等的變化，對(duì)離心泵也有了不同的類型和功能要求[2]。本文具體探討了基于離心泵的機(jī)場(chǎng)油庫(kù)變頻技術(shù)應(yīng)用方法與效果以及相關(guān)注意事項(xiàng)。
1離心泵在機(jī)場(chǎng)油庫(kù)中的應(yīng)用
離心泵是一種通用的流體機(jī)械，在化工工業(yè)系統(tǒng)當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。離心泵具有適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、容易操作、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低以及占地占空間少等許多優(yōu)點(diǎn)[3]。機(jī)場(chǎng)油庫(kù)主要就是利用其將油罐里的油品輸送到飛機(jī)或者罐式加油車油罐里。泵也是能耗極高，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，泵耗能大約占全世界總耗能的兩成，也就是20%，這一比重在石油化工領(lǐng)域更是高達(dá)五成。所以，加強(qiáng)對(duì)泵耗能的減耗研究極具現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)，也關(guān)系著整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。由于機(jī)坪加油是動(dòng)態(tài)的，因此，油泵輸出應(yīng)與機(jī)坪需求及時(shí)匹配。而用油和供油之間的不平衡集中反映在輸出管網(wǎng)壓力上，即用油多而供油不足，輸出管網(wǎng)壓力低;用油少而供油多，則輸出管網(wǎng)壓力大。保持供油壓力的相對(duì)恒定，可使供需之間保持平衡，提高提供給機(jī)坪管網(wǎng)的穩(wěn)定性，減少對(duì)加油設(shè)備、飛機(jī)油路的沖擊。由于機(jī)坪的工況復(fù)雜和動(dòng)態(tài)性，油泵為滿足其需求，要不斷的調(diào)節(jié)輸出的流量和壓力。過去，離心泵的調(diào)節(jié)，普遍采用閥門控制、啟閉旁通等方法，帶來泵機(jī)組效率低下、電流沖擊、時(shí)間滯后、能量消耗極大，在變頻技術(shù)不斷發(fā)展、工業(yè)化應(yīng)用不斷拓展的`現(xiàn)在，變頻調(diào)節(jié)不斷顯示出其便捷性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)[4]。
2油品輸送的離心泵方式與缺點(diǎn)
2.1離心泵的種類及使用
根據(jù)構(gòu)造和用途，離心泵主要分為:常溫中低壓水泵、常溫中低壓石油化工泵、高入口壓力離心泵、高溫離心泵、低溫離心泵、無泄漏離心泵、耐腐蝕離心泵等。由于目前國(guó)內(nèi)民用機(jī)場(chǎng)油庫(kù)一般只儲(chǔ)存單一航空油料，處于機(jī)場(chǎng)附近，一般選用低揚(yáng)程、大流量的常溫中低壓力油泵。
2.2離心泵傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式的缺點(diǎn)
油泵額定流量和揚(yáng)程是個(gè)固定范圍，超出這個(gè)范圍，泵的效率就會(huì)大幅下降。而在實(shí)際工作中，由于工況的不斷改變，帶來實(shí)際揚(yáng)程、流量的不斷變化，進(jìn)而影響到泵機(jī)組的效率也在不斷變化，影響到能源的使用，能源利用效率在泵機(jī)組能耗評(píng)估中是一個(gè)標(biāo)志參數(shù)，它關(guān)系著機(jī)泵型號(hào)選擇、運(yùn)行效率以及管路設(shè)計(jì)，見公式(1)～(3):傳統(tǒng)方法是利用油泵調(diào)節(jié)閥對(duì)泵的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)行為是機(jī)械的。判斷標(biāo)準(zhǔn)是泵輸出量與揚(yáng)程是否大于系統(tǒng)所需要的量和揚(yáng)程，此種機(jī)械調(diào)節(jié)方式的弊端是會(huì)犧牲多余流量和揚(yáng)程，好處是能及時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的恢復(fù)平穩(wěn)。通過上述公式不難看出，在確定泵和電機(jī)情況下，系統(tǒng)的能源利用效率與泵剩余揚(yáng)程和泵的自身效率直接相關(guān)。采用傳統(tǒng)方法，泵和電機(jī)要么剩余揚(yáng)程過多，通過打開調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié);要么剩余揚(yáng)程不足，直接啟動(dòng)第二臺(tái)工作泵機(jī)組，這樣并不會(huì)得到抑制剩余揚(yáng)程過高的積極結(jié)果。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，油泵普遍的運(yùn)行功率為額定功率的七成，可利用能源效率僅能達(dá)到三成，部分效率低下者甚至不足一成。因此，傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)節(jié)方式，極容易造成能效低下，還會(huì)帶來因機(jī)械式動(dòng)作產(chǎn)生靜電、電機(jī)及油泵頻繁啟停而過熱、機(jī)械沖擊等安全隱患。在實(shí)際使用中，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)僅僅依靠機(jī)械的節(jié)流閥操作，極易導(dǎo)致加油系統(tǒng)的工作狀態(tài)不斷惡化，甚至造成油泵難以正常工作的惡果[6]。但若采用了變頻技術(shù)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，則可以從根本上進(jìn)行泵速調(diào)節(jié)，改變油泵特性，讓油泵的出口揚(yáng)程能夠?qū)崿F(xiàn)與管道總壓相一致或大致相等，不僅不會(huì)出現(xiàn)剩余揚(yáng)程過高的浪費(fèi)問題，也能讓能源利用效率得以提高，泵始終保持高效率工作。
3油品輸送的離心泵變頻調(diào)節(jié)方法
為了滿足機(jī)坪用油需求，作者推薦使用多泵并聯(lián)變頻恒壓控制法。采取多泵并聯(lián)變頻恒壓控制方式，實(shí)質(zhì)上是通過啟停泵臺(tái)數(shù)來進(jìn)行較大區(qū)間的流量控制，通過變頻泵的流量動(dòng)態(tài)變化來進(jìn)行恒壓供油。這種方法不但節(jié)能效果明顯，同時(shí)還會(huì)因?yàn)檎{(diào)節(jié)點(diǎn)與管道工程曲線保持一致，因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道各點(diǎn)所需流量及壓力的滿足[7]。一般來說，具體的配置模式有多變頻泵組并聯(lián)工作方式、變頻器循環(huán)啟動(dòng)工作方式、固定變頻泵工作方式三種。
3.1多變頻泵組并聯(lián)工作方式
多變頻泵組并聯(lián)工作方式就是一臺(tái)變頻器帶動(dòng)一臺(tái)泵機(jī)組，然后多臺(tái)變頻泵機(jī)組并聯(lián)恒壓供油。采用此工作方式的油庫(kù)，在當(dāng)用油量小于一臺(tái)泵的額定流量時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的變流量保壓，當(dāng)用油量大于一臺(tái)泵的額定流量時(shí)，正在運(yùn)行的變頻泵固定在額定流量高效區(qū)運(yùn)行，第二臺(tái)變頻泵啟動(dòng)并起動(dòng)態(tài)流量調(diào)整作用，當(dāng)用油量需求再次超過兩臺(tái)泵額度流量時(shí)，第三臺(tái)泵啟動(dòng)并變頻調(diào)速，而前兩臺(tái)泵處于額定流量工況運(yùn)行，以此類推。此種方式，可以最大限度減少電流沖擊、流體和機(jī)械沖擊，綜合節(jié)能效果最好。但采取一對(duì)一變頻控制，設(shè)備投資相對(duì)較大。隨著變頻器技術(shù)成熟和成本下降，今后將是追求高可靠性和節(jié)能效果的大型機(jī)場(chǎng)油庫(kù)使用的主要方式。
3.2變頻器循環(huán)啟動(dòng)方式
此種供油模式作用下，供油量低于油泵額定量時(shí)，油泵會(huì)自動(dòng)進(jìn)行供油量調(diào)節(jié)，而當(dāng)供油量大于額定量時(shí)，則可以將油泵直接切換至電網(wǎng)進(jìn)行供電，而將另一臺(tái)油泵并入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作。如此一來便能形成一個(gè)循環(huán)切換和并入的良性網(wǎng)絡(luò)，確保運(yùn)作的平穩(wěn)與正常。這種方式實(shí)際是就是把一臺(tái)變頻器當(dāng)作軟啟動(dòng)器輪流啟動(dòng)各臺(tái)泵，且任何一臺(tái)并聯(lián)泵都有可能成為變頻泵。該方式投入小，能滿足啟動(dòng)平穩(wěn)無沖擊，但在流量下降迅速時(shí)，無法做到全程平穩(wěn)停泵，此時(shí)管網(wǎng)沖擊和機(jī)械沖擊較大。因?yàn)樽冾l器不允許運(yùn)行中的輸出端口切換，這樣會(huì)造成電子器件因大電流沖擊造成損壞，所以，為了保護(hù)變頻器，需求設(shè)置較為復(fù)雜的用于控制的其他電路，這樣就會(huì)造成變頻控制柜造價(jià)過高而其運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性降低，且切換電路轉(zhuǎn)換有一定滯后，如果在變頻器保護(hù)跳閘時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)停止工作，中斷供油。這個(gè)缺點(diǎn)顯然不能滿足機(jī)場(chǎng)油庫(kù)供油不能中斷的要求，因此，不建議使用該方式。
3.3固定變頻油泵方式
固定變頻油泵的方式是，當(dāng)供油量低于單油泵額定量的時(shí)候就由一臺(tái)變頻油泵進(jìn)行調(diào)速的平衡壓力供油;用油流量增大超過泵額定流量，就將變頻油泵進(jìn)行調(diào)速調(diào)節(jié)，而由另一臺(tái)單工頻油泵的定額定流運(yùn)行，如此循環(huán)，其他并聯(lián)系統(tǒng)中的工頻油泵皆按照同樣原理運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)用油流量下降時(shí)，變頻器頻率接近零時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉一臺(tái)工頻泵，變頻泵轉(zhuǎn)速再上升以滿足所需流量。該運(yùn)行方式避免了電路切換，使得控制電路簡(jiǎn)化，穩(wěn)定且可靠，兼顧了效率和設(shè)備投資，如果再匹配上可編程邏輯控制器(俗稱PLC)，還可實(shí)現(xiàn)變頻器、軟啟動(dòng)器自動(dòng)配合，加油管網(wǎng)自動(dòng)保壓，達(dá)到油庫(kù)運(yùn)行自動(dòng)化運(yùn)行，進(jìn)一步提升油庫(kù)的安全保障能力。因此，筆者認(rèn)為該方式適宜在國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)油庫(kù)推廣。
4離心泵變頻調(diào)節(jié)方式的優(yōu)點(diǎn)
4.1具有顯著的節(jié)能效果
由于電動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力與轉(zhuǎn)速的三次方成正向變化，即能耗與轉(zhuǎn)速的三次方成正向變化，若降低電機(jī)的轉(zhuǎn)速，則耗電量急劇下降。因此，運(yùn)用變頻技術(shù)，調(diào)節(jié)供電頻率，降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，可降低無功損耗，顯著提高能量利用率。
4.2有利于保護(hù)設(shè)備，提升安全性
通過變頻技術(shù)，能使輸送的油料的流態(tài)均勻、平滑變化，減少了靜電產(chǎn)生，有效防止節(jié)流閥頻繁操作損壞閥門、油泵及管路等設(shè)備，尤其是避免了管路內(nèi)油料急劇變化出現(xiàn)的水擊現(xiàn)象，確保了加油系統(tǒng)平穩(wěn)、安全地連續(xù)工作。
4.3便于控制
變頻調(diào)節(jié)多采用通過壓力傳感器控制輸出壓力，輔以流量傳感器進(jìn)行流量監(jiān)控，最終達(dá)到控制輸出流量的目的。該方案簡(jiǎn)單可靠，顯示直觀，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和過程控制，避免了反復(fù)操作調(diào)節(jié)閥門，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作條件，可較為容易實(shí)現(xiàn)油庫(kù)收發(fā)作業(yè)可視化管理。
4.4使用電機(jī)具備良好的機(jī)械特性
實(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)換和平滑調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了無級(jí)變速，同時(shí)，又保持住了異步電機(jī)的特有性能而沒有轉(zhuǎn)差損耗。在低頻狀態(tài)下變頻器可以確保電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最高達(dá)到150%或始終在加高水平線上。而確保啟動(dòng)電流只保持在較低的相對(duì)于額定電流1～12倍之間，避免了對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。此外，還很好的實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)損耗接近于直接啟動(dòng)，避免了繞組過熱問題，這非常重要且對(duì)負(fù)載變化頻繁的加油系統(tǒng)具有極大意義。
5變頻器使用注意事項(xiàng)
5.1變頻器選型上要充分考慮加油工況
機(jī)坪加油工況對(duì)電機(jī)的運(yùn)行有著最重要和直接的影響。油庫(kù)所在機(jī)場(chǎng)的航班密度、高峰加油需求、機(jī)型和航程等因素，決定著機(jī)坪加油工況始終處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過程中，特別是高峰期間可能會(huì)在很短時(shí)間出現(xiàn)加油量的巨大且反復(fù)波動(dòng)。此時(shí)，油泵機(jī)組工況變化劇烈，加油管網(wǎng)沖擊反過來對(duì)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生更大的負(fù)載變化，進(jìn)而影響到變頻器所承受的電流。通過筆者對(duì)所在油庫(kù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，對(duì)于航班密度大，高峰期航班加油密集的機(jī)場(chǎng)，變頻器選配功率應(yīng)比所帶電機(jī)偏大30%甚至50%為宜。此舉可以有效防止發(fā)生電機(jī)電流變化觸發(fā)變頻器過電流保護(hù)，從而保證機(jī)坪加油不間斷，避免高峰期航班延誤。
5.2管路工藝對(duì)變頻器使用有重要影響
油庫(kù)泵機(jī)組與機(jī)坪管網(wǎng)的高差過大，會(huì)帶來啟動(dòng)時(shí)出口壓力增加，進(jìn)而引發(fā)變頻器啟動(dòng)困難或者報(bào)故障。這時(shí)，要充分考慮到油泵出口工藝和出口靜壓差，最好對(duì)高落差的泵出口采取電動(dòng)閥同步配合啟停泵，以確保變頻器處于良好工況中。
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