CN101994704A - 化工流程智能泵及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化工流程智能泵的控制方法，属于泵控制技术，现有技术实现化工流程泵节能的工艺流程装置复杂，本发明是通过初始化模块写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0；令泵按照启动转速N0启动并由测功模块测得泵在某一转速N1运转的实际功率P；由控制模块将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N；用输出模块将达到目标流量Q0的转速N输出给驱动泵的电机。本发明不需在工艺流程装置中增加任何传感设备而能自行对泵进行参数检测和运行控制，达到期望的泵运行参数，以提高能耗效率，利于对现有装置进行改造。

Description

化工流程智能泵及其控制方法
技术领域
本发明属于泵的控制技术，具体是一种主要使用于石油、化工流程工艺装置中的节能的化工流程智能泵。
背景技术
泵是耗能大户，据资料介绍，泵的耗电量约占全国总耗电量的20%，与泵配套的电动机功率约占全国电动机总容量的45%。在石油和化工厂中，泵的耗电量则更高，分别达到59%和26%。在我国，过去泵运转系统的能量损失很大，离心泵的调节，多采用阀门控制和启闭旁通等方法。据一份国外调查资料显示，在20个工厂运行的1600多台泵中，其平均能耗效率只有40%左右，有10%左右的泵的能耗效率甚至只有10%。以上数字显示，在泵行业中蕴藏着巨大的节能潜力。
泵能耗效率的提高包括二个方面：（1）泵主机设计能耗效率的提高。由于设计人员在进行产品设计时，已经千方百计地提高主机在设计工况点的能耗效率，因此提高1%的能耗效率也是十分困难的；（2）提高整个泵运转系统的能耗效率。由于，泵的流量、扬程与装置流程工艺关系非常密切，在装置设计时，泵的流量、扬程主要是根据装置流程管线损失、装置压头变化最苛刻的情况来计算确定的，这个计算，还须考虑一些其它的因素，如：管线老化损失增加，流态变化的不可预见性等；因此，在设计时通常会保留15%左右的扬程富裕量。此富裕量，是造成化工离心泵功率浪费的最大根源。
化工流程泵的控制可以分为几个过程，在八十年代中旬以前，在我国，化工流程泵的控制基本以压力表检测，出口阀门控制或出口多采用阀门控制及启闭旁通管路控制等方法来保证离心泵可靠、高效运行，当然，其控制方式主要是以保证化工流程泵能可靠运行为目的，这种控制方式纯粹是以手工控制调节为主。在八十年代后期，九十年代初，随着变频技术的日益成熟，并且在普通给水领域使用的日益广泛，主要选择了二种控制方式，一是在工艺流程装置中离心泵之前或之后，安装流量传感器8（参见图1），检测离心泵的实际运行流量，流量传感器8信号进入变频器7后，变频器自动与离心泵的额定流量（或用户设定流量）进行对比，计算出一个电机的运行转速、频率，并通过频率调整，自动把电机转速调整到计算转速，从而实现对离心泵的有效控制。二是在工艺流程装置中离心泵的前、后分别安装压力传感器9（参见图2），通过获得的压力传感器信号，变频器7自动计算出离心泵进出口压差及实际使用扬程，并与该泵的额定扬程（或用户设定扬程）进行比对，计算出一个电机的运行转速、频率，并通过频率调整，自动把电机转速调整到计算转速，从而实现对离心泵的有效控制。
通过传感器结合变频器调节化工流程泵，也能实现有效的节能，效果也是比较明显的。但其最大的缺陷是，一、只能根据事先设定的流量值或压力值进行定值控制（如按压力控制，一般在装置中还需设置恒流器），不能随工艺流程装置参数变化而自行适应；二、必须在化工流程泵的进出口工艺流程装置中，安装相应的流量传感器或压力传感器。安装这些传感器，不但会使工艺流程装置复杂化，而且，对现有装置改造还会改变原工艺装置的特性（如：安装流量传感器会增加工艺流程装置的沿程损失），造成装置工艺参数的改变；同时，由于化工流程泵大多使用于有防爆要求的工作场合，这些传感器的增加不但加重了用户对设备的日常维护工作量，而且，由于电气设备的增加，也相应地增加了装置使用的安全风险。针由于此，传感器结合变频器调节化工流程泵的控制方式虽然是比较节能的一种控制方式，但是在化工流程工艺装置中，这种控制方式的化工流程泵用量还是非常的少。大量采用的还是图3所示的以手动调节阀10调节化工离心泵的控制方式。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有传感器结合变频器来实现化工流程泵节能所导致的工艺流程装置复杂、改变原工艺装置的特性的缺陷以及解决现有传感器与变频器控制方法（采用定量、定压控制）的缺陷，提供一种化工流程智能泵及其控制方法。
为此，本发明的化工流程智能泵采用的技术方案是：其包括泵体及驱动泵体运转的电机，其特征是所述电机的电缆经智能控制系统连接动力控制系统，所述智能控制系统包括：用于写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0的初始化模块；用于测得泵在某一转速N1运转的实际功率P的测功模块；用于将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N的控制模块；将达到目标流量Q0的转速N输出给电机的输出模块。
作为具体实施方式，所述的初始化模块为编码器，所述的测功模块为测功仪，所述的控制模块为控制器，所述的输出模块为变频器，所述电机的电缆经控制模块连接所述的动力控制系统。
本发明的化工流程智能泵的控制方法采用的技术方案是：通过初始化模块写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0；令泵按照启动转速N0启动并由测功模块测得泵在某一转速N1运转的实际功率P；由控制模块将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N；用输出模块将达到目标流量Q0的转速N输出给驱动泵的电机。
作为上述方法的优选技术手段，将泵达到目标流量Q0的转速N与一设定的转速范围比较，转速N在该转速范围内时令泵工作于该转速N，转速N超出该转速范围时，令该转速N作为启动转速重新测得泵运转的实际功率及计算泵达到目标流量Q0的转速。
本发明的智能化工流程泵，通过对运行状态参数与设定值进行比对并计算出泵实际需要的运行转速并进行自动调节，提高能耗效率，不需在工艺流程装置中增加任何传感设备，而自行对化工流程智能泵进行参数检测和控制，达到期望的运行参数。智能控制器既可布设在现场，也可放置于控制间，因此不会使工艺流程装置复杂化，也不会改变原工艺装置的特性而造成装置工艺参数的改变，利于对现有装置进行改造。
附图说明
图1是现有技术通过流量传感器结合变频器控制泵的示意图。
图2是现有技术通过压力传感器结合变频器控制泵的示意图。
图3是现有技术通过手工控制阀门调节泵的示意图。
图4是本发明通过智能控制系统控制泵的示意图。
图5是本发明的智能控制系统的方框图。
图中标号说明：1-泵体，2-电机，3-电缆，4-智能控制系统，5-动力控制系统，6-控制柜，7-变频器，8-流量传感器，9-压力传感器，10-手动调节阀。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的化工流程智能泵，如图4所示，其包括泵体及驱动泵体运转的电机，电机的电缆经智能控制系统连接动力控制系统，智能控制系统（参见图5）包括：
用于写入（如在产品制造过程中）启动转速N0、写入（如在产品制造过程中）节能的流量-功率型谱图（每种型号的泵具有特定的型谱图，如流量-功率型谱图、扬程-流量型谱图、效率-流量型谱图等，根据经验可以从流量-功率型谱图中截取节能的一段）、设定目标流量Q0（一般的是用户根据需要设定）的初始化模块；
用于测得泵在某一转速N1运转的实际功率P的测功模块；
用于将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N的控制模块；
将达到目标流量Q0的转速N输出给电机的输出模块。
具体实施时，初始化模块为编码器，所述的测功模块为测功仪，所述的控制模块为控制器，所述的输出模块为变频器，所述电机的电缆经控制模块连接所述的动力控制系统。
按照上述化工流程智能泵，可通过下述方式对化工流程智能泵进行控制：通过初始化模块写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0；令泵按照启动转速N0启动并由测功模块测得泵在某一转速N1运转的实际功率P；由控制模块将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N；用输出模块将达到目标流量Q0的转速N输出给驱动泵的电机。如此以来，通过反复的测功、比对以及确定转速可以令泵一直工作于能耗效率较高的状态。测功模块检测实际功率P时，该实际功率P对应的转速N1在启动时为启动转速N0，在达到目标流量Q0时的转速为对应该目标流量Q0的转速N，因此，在泵运转过程中可以适时对泵的转速进行控制以达到较高的能耗效率。进一步的，将泵达到目标流量Q0的转速N与一设定的转速范围比较，转速N在该转速范围内时令泵工作于该转速N，转速N超出该转速范围时，令该转速N作为启动转速重新测得泵运转的实际功率及计算泵达到目标流量Q0的转速。

Claims (4)

1.化工流程智能泵，包括泵体（1）及驱动泵体运转的电机（2），其特征是所述电机的电缆（3）经智能控制系统（4）连接动力控制系统（5），所述智能控制系统包括：
用于写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0的初始化模块；
用于测得泵在某一转速N1运转的实际功率P的测功模块；
用于将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N的控制模块；
将达到目标流量Q0的转速N输出给电机的输出模块。
2.根据权利要求1所述的化工流程智能泵，其特征是所述的初始化模块为编码器，所述的测功模块为测功仪，所述的控制模块为控制器，所述的输出模块为变频器，所述电机的电缆经控制模块连接所述的动力控制系统。
3. 化工流程智能泵的控制方法，其特征是：通过初始化模块写入启动转速N0、写入节能的流量-功率型谱图、设定目标流量Q0；令泵按照启动转速N0启动并由测功模块测得泵在某一转速N1运转的实际功率P；由控制模块将测得的实际功率P与流量-功率型谱图比对得到泵在转速N1时的实际流量Q并通过公式Q0/Q=N/N1计算得到泵达到目标流量Q0的转速N；用输出模块将达到目标流量Q0的转速N输出给驱动泵的电机。
4. 根据权利要求3所述的化工流程智能泵的控制方法，其特征是将泵达到目标流量Q0的转速N与一设定的转速范围比较，转速N在该转速范围内时令泵工作于该转速N，转速N超出该转速范围时，令该转速N作为启动转速重新测得泵运转的实际功率及计算泵达到目标流量Q0的转速。
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