La technologie de régulation de vitesse à conversion de fréquence est appliquée dans les sites de production pétrochimique

1. Vue d’ensemble
La technologie de régulation de vitesse à conversion de fréquence est une technologie économe en énergie (nouveau processus, nouvelle technologie, nouvel équipement, nouveau matériau). L’application de la technologie de régulation de la vitesse de conversion de fréquence dans les entreprises de production pétrochimique, en particulier dans les unités de raffinage du pétrole, a été très courante, dans la décompression atmosphérique, la catalyse, l’hydrocraquage, l’alkylation des gaz, l’hydrogénation de reformage, la cokéfaction retardée, l’approvisionnement en huile, en eau et de nombreux autres ensembles de pompes après l’installation de convertisseurs de fréquence, les avantages économiques sont excellents, sa principale manifestation est un taux d’économie d’énergie élevé, et l’investissement peut être récupéré en environ un an en moyenne ; Dans le même temps, il existe des avantages complets tels que l’amélioration du processus de production, propice à la qualité du produit, la réduction du taux de défaillance et des coûts de maintenance de la pompe, et la réduction de l’intensité de la main-d’œuvre des travailleurs.
Compte tenu de la grande variété de pompes sur le site de la raffinerie et des différents processus, il est nécessaire de sélectionner raisonnablement la station et la quantité cible de contrôle du convertisseur de fréquence, et de régler les paramètres de fonctionnement du convertisseur de fréquence de manière ciblée, ce qui affecte directement le fonctionnement stable du convertisseur de fréquence et l’ampleur des avantages en matière d’économie d’énergie. Cet article développe principalement les questions ci-dessus.

2. Le principe de la régulation de la vitesse de conversion de fréquence de la pompe Pompe à huile centrifuge (eau) et ventilateur
Ce type de charge comprend principalement des pompes centrifuges à huile (eau), des ventilateurs de four de chauffage, des ventilateurs refroidis par air, etc. dans l’appareil, qui coopèrent avec le système d’instrumentation de l’appareil pour réaliser un contrôle automatique en boucle fermée.
Les paramètres de processus tels que le débit, le niveau de liquide, la température et la pression du fluide dans l’appareil sont détectés et envoyés au régulateur par le transmetteur, puis envoyés au convertisseur de fréquence avec des signaux électriques DC4-20mA pour ajuster la vitesse de la pompe, afin de contrôler les paramètres de processus. Si la vanne de régulation du système d’origine est une vanne d’arrêt d’air, un inverseur de signal doit être ajouté pour convertir le signal DC4-20mA en signal DC20-4mA.
   
Le principe de composition de la régulation de la vitesse de conversion de fréquence de la pompe volumétrique
Ce type de charge comprend les soufflantes de racines et les compresseurs d’air alternatifs, qui étaient à l’origine utilisés pour contrôler la pression du système d’entrée de gaz à l’aide du groupe de soupapes de commande de dérivation du gaz de sortie de la pompe. Après avoir adopté le contrôle de régulation de la vitesse de conversion de fréquence, le groupe de vannes de dérivation de sortie de gaz est fermé, la vitesse du moteur est directement contrôlée, le volume de distribution de gaz est automatiquement ajusté en fonction de la charge de gaz et le réservoir tampon est contrôlé dans une certaine plage de pression de sécurité, de sorte que les paramètres de pression du système d’entrée de gaz sont constants.
   
Autres applications de la technologie de régulation de vitesse de conversion de fréquence pour les machines de production
Il existe également certains appareils sur le site de production pétrochimique, tels que les unités de cokéfaction et les ponts roulants et d’autres machines de production utilisent également de nombreux convertisseurs de fréquence, principalement pour améliorer le processus, améliorer la qualité du produit et réduire considérablement le taux de défaillance de l’équipement, réduire l’intensité de la main-d’œuvre des travailleurs, réduire les coûts de maintenance et est propice au fonctionnement sûr et stable à long terme de l’appareil.

3. Sélection et contrôle du site d’application de la régulation de la vitesse de conversion de fréquence
En général, les charges les plus couramment utilisées dans les installations de raffinerie sont les pompes centrifuges à huile (eau) et les ventilateurs, mais même si les charges de même nature utilisent des onduleurs, l’effet d’économie d’énergie est assez différent, comme le nombre de boucles de contrôle de sortie de la pompe. Le même nombre de boucles de régulation produit des effets différents en raison de conditions de travail et de méthodes de contrôle différentes, ainsi que de charges de traitement différentes. L’analyse détaillée est la suivante :
   
Pompe centrifuge Contrôle automatique en boucle fermée à boucle unique
La raison du taux d’économie d’énergie élevé du fonctionnement de conversion de fréquence de contrôle automatique en boucle fermée à circuit unique est que lorsque la conversion de fréquence est en cours, le fluide va à la vanne de ligne auxiliaire du groupe de vannes de commande, et la vanne de ligne auxiliaire peut être complètement ouverte, et la vanne de sortie de la pompe est complètement ouverte. Dans le passé, lorsque le convertisseur de fréquence n’était pas utilisé, l’actionneur qui ajustait les paramètres du processus était la vanne de régulation (la vanne de régulation était réduite d’un grade par rapport à la vanne de ligne secondaire), et sa vanne de régulation ne s’ouvrait pas largement, et la perte de résistance était importante. Par exemple, le groupe de vannes de commande automatique de carburéacteur de l’unité d’hydrocraquage d’une usine, lorsque la fréquence de puissance de la pompe à carburéacteur P308 / B fonctionne, la soupape de commande est d’environ 30 % à 50 %, la soupape de sortie de la pompe et la canalisation de sortie sont DN150, la vanne de ligne auxiliaire est DN100 et la soupape de commande est DN80. On peut voir que le fonctionnement de conversion de fréquence de la pompe évite la perte de tête d’accélérateur pendant le fonctionnement de la fréquence d’alimentation, la pression de fonctionnement de la sortie de la pompe est réduite d’environ 38 % à 69 %, le courant réel du moteur est réduit d’environ 35 % à 68 %, et la fréquence (vitesse) est également considérablement réduite (aussi basse que 15,7-35 Hz), et le taux d’économie d’énergie atteint 42 % à 76 %.
D’une manière générale, la pompe centrifuge avec contrôle automatique de la sortie en boucle fermée mono-boucle a toujours un effet d’économie d’énergie lorsque l’appareil est en pleine production de capacité, car lorsque la fréquence de puissance fonctionne, le fluide emprunte le trajet de la vanne de régulation pour réduire le diamètre et l’accélérateur, et lorsque la conversion de fréquence est en marche, le fluide prend le chemin de la vanne de ligne auxiliaire (complètement ouverte) avec un diamètre nominal plus élevé, ce qui réduit la perte de la tête de pression. En production réelle, on estime que lorsque le volume de traitement de certains appareils atteint ou est proche de la charge nominale, le taux d’économie d’énergie de l’opération de conversion de fréquence de pompe mentionnée ci-dessus est toujours de 33 % à 55 %.
L’opération de conversion de fréquence d’une pompe centrifuge de contrôle en boucle fermée à boucle unique a généralement un bon effet d’économie d’énergie, mais il existe également des cas où le taux d’économie d’énergie a diminué en raison de la différence de conditions de travail : tout d’abord, la pression de fonctionnement requise par le processus du système de canalisation derrière la vanne de régulation est importante et la différence entre la fréquence de puissance de la pompe centrifuge et la pression de sortie de la pompe de l’opération de conversion de fréquence n’est pas grande, de sorte que le taux d’économie d’énergie est réduit. Deuxièmement, le fluide produit par la pompe à onduleur ne passe pas par la vanne de ligne auxiliaire du groupe de vannes de régulation, mais emprunte toujours la voie de la vanne de régulation, de sorte que le taux d’économie d’énergie est faible. Ceux-ci sont remarquables en production.
   
Contrôle en boucle fermée multi-boucle de la sortie de la pompe
Ici, il s’agit principalement d’une pompe centrifuge qui combine le contrôle du débit de retour et le contrôle hydraulique de sortie dans une pompe centrifuge à plusieurs circuits. Selon les quatre situations, elles sont décrites comme suit :
Le débit du fluide est beaucoup plus grand que le débit du dispositif de sortie, la charge de pression statique des deux systèmes de tuyauterie après le groupe de vannes de régulation est comparable, et relativement petite, cette situation adopte le flux de retour comme paramètre de contrôle de la vitesse de conversion de fréquence, ce qui équivaut à la condition de fonctionnement de la commande à circuit unique de sortie de la pompe, la vanne de sortie de la pompe et la vanne de ligne auxiliaire peuvent être complètement ouvertes, la conversion de fréquence est supérieure au fonctionnement de la fréquence de puissance, la pression de sortie de la pompe est considérablement réduite, le courant de fonctionnement est faible et le taux d’économie d’énergie est élevé. Bien que le débit du fluide soit supérieur à celui du dispositif de sortie de commande hydraulique, la chute de pression de la boucle du dispositif de sortie de commande hydraulique est importante, tandis que la chute de pression de la boucle de retour est faible. La sortie de la pompe est automatiquement contrôlée par plusieurs circuits en boucle fermée, mais le débit moyen de chaque circuit parallèle est égal et égal, et la pression de fonctionnement du processus du système de canalisation est égale et petite. À ce moment, la quantité de rétroaction de n’importe quel circuit peut être prise pour contrôler le convertisseur de fréquence et contrôler le flux de chaque circuit de manière équilibrée. Le débit du fluide est inférieur au débit de la sortie de commande hydraulique, et la chute de pression de la canalisation est également plus petite, mais afin de garantir les exigences des paramètres de processus, le débit de retour doit être utilisé comme quantité cible de contrôle du convertisseur de fréquence, car il y a toujours un certain degré d’étranglement artificiel dans la boucle de refusion (l’ouverture de la vanne auxiliaire du groupe de vannes de commande n’est pas grande), la différence de pression est faible, de sorte que la fréquence de fonctionnement du moteur ne baisse pas beaucoup et le taux d’économie d’énergie est faible. Ventilateurs et ventilateurs refroidis par air Il n’y a pratiquement aucun problème de contrôle multicircuit pour les charges de ventilateur. La vanne papillon d’entrée est complètement ouverte après l’utilisation de la conversion de fréquence par le ventilateur, et la pression d’air de sortie (ou débit d’air) est ajustée en fonction des besoins du processus. La puissance du ventilateur refroidi par air peut être ajustée automatiquement à tout moment en fonction de l’évolution de la charge de refroidissement de l’huile et du gaz (débit d’huile et gaz et niveau de température) et de l’évolution de la température de l’air. Les deux charges ont de bons effets d’économie d’énergie.
Le convertisseur de fréquence à usage général est utilisé dans la charge générale de la raffinerie, et ses paramètres électriques sont relativement simples à régler, et les techniciens généraux peuvent le maîtriser après une formation simple. Cependant, après avoir maîtrisé le principe général, nous devons également faire attention à la particularité de la charge, selon notre observation, les paramètres de nombreux onduleurs sur le terrain ne sont que « capables de fonctionner », pas les meilleurs, et les paramètres non optimisés réduiront même l’efficacité de l’ensemble du système, voici quelques problèmes courants :
   
Temps d’accélération/décélération raisonnable
Le soi-disant « raisonnable » fait référence à des concepts erronés. Nous savons que selon la nature de la charge entraînée, principalement la taille du moment d’inertie de la charge, le temps nécessaire à l’onduleur pour démarrer et arrêter le moteur est différent, et un temps d’accélération et de décélération trop court entraînera une surintensité dans le processus d’accélération et une protection contre les surtensions dans le processus de décélération.
Mais de cette façon, il est facile d’avoir un malentendu : tant que le convertisseur de fréquence ne déclenche pas la protection contre le déclenchement, plus le temps d’accélération et de décélération est long, mieux c’est. Ce point de vue est répandu dans les concepts de nombreux techniciens, qui constatent souvent que le variateur accélère et ralentit pendant plus de deux minutes, voire plus, quelle que soit la charge qu’il entraîne. Le problème avec ce concept est qu’il ne considère que de manière unilatérale le fonctionnement de l’onduleur unique et ignore les performances de contrôle et l’efficacité de l’ensemble du système. Qu’il s’agisse d’une rénovation ou d’un nouveau projet, la commande de contrôle de fréquence du convertisseur de fréquence dans l’appareil (DC4-20mA) est généralement donnée par le système d’instrument ou le système DCS, avant l’utilisation du convertisseur de fréquence, ce signal est utilisé pour contrôler l’ouverture de la vanne, car la vanne suit très rapidement le changement de signal, donc, afin d’éviter les vibrations du système de contrôle en boucle fermée, le paramètre de gain proportionnel P du régulateur PI dans l’instrument ou le DCS est généralement réglé plus petit, et le paramètre de temps d’intégration I est relativement long. À ce moment, si le temps d’accélération et de décélération est trop long, la sortie du convertisseur de fréquence ne peut atteindre la valeur de commande donnée que pendant une longue période, puis le réglage PI est effectué, ce qui rend l’ensemble du système médiocre en suivi et en réglage lent, et en même temps, la capacité de contrôle des perturbations externes devient médiocre, et il est facile d’être dans un petit état instable, et l’efficacité de contrôle est faible, en particulier dans la station où la charge change fréquemment. Cette situation est facile à ignorer dans la production réelle car l’équipement semble normal. L’approche correcte consiste à différencier les caractéristiques de la pompe et du ventilateur, à tester et à régler le temps d’accélération et de décélération le plus court autorisé par la charge si autorisé sur place.
   
À propos du fonctionnement automatique à économie d’énergie
Le fonctionnement dit automatique à économie d’énergie fait référence au fonctionnement à vitesse constante de la boucle ouverte de charge légère, c’est-à-dire que le convertisseur de fréquence peut réduire automatiquement la courbe V/F lorsque la fréquence de sortie est constante, c’est-à-dire que la tension de sortie est automatiquement réduite, afin de réduire le courant d’excitation du moteur et la perte du moteur, de sorte que le moteur puisse fonctionner dans un état d’économie d’énergie avec le produit (puissance) de la tension et du courant au minimum. À l’heure actuelle, il existe de nombreuses marques de convertisseurs de fréquence à usage général qui ont cette fonction.
Cependant, il convient de noter que cette caractéristique ne convient qu’aux charges de couple carrées telles que les pompes centrifuges et les ventilateurs ; Pour les charges à couple constant telles que les pompes à pistons alternatifs et les compresseurs d’air, ou lorsque la charge change fréquemment et rapidement, l’utilisation de cette fonction pose de nombreux problèmes. En raison de la diminution de la tension de sortie, le couple de sortie du moteur diminue et le courant du moteur augmente considérablement, ce qui entraîne le fonctionnement du relais thermique électronique du convertisseur de fréquence. Une fois que la charge change rapidement, en raison du mauvais suivi de cette fonction, la tension réduite ne peut pas être immédiatement réapprovisionnée, ce qui fait souvent que le convertisseur de fréquence ne peut pas fournir suffisamment de couple dans le processus d’accélération, ce qui entraîne une forte augmentation du courant, de sorte que la valeur calculée du couple de sortie du convertisseur de fréquence dépasse la valeur limite de couple définie, à ce moment-là, le convertisseur de fréquence réduira automatiquement la fréquence de sortie, de sorte que le processus d’accélération ne peut pas être réalisé, ce qui entraîne la protection du convertisseur de fréquence ou la réponse retardée de l’ensemble du système de contrôle. Par conséquent, il est important de bien distinguer les types de charges et de les traiter séparément avant d’utiliser cette fonction.
   
Réglage de la fréquence porteuse du convertisseur de fréquence
À l’heure actuelle, la plupart des boucles d’onduleur des convertisseurs de fréquence basse tension à usage général sont composées de composants IGBT, qui présentent les avantages d’une vitesse de commutation rapide, d’une faible perte et d’un circuit de déclenchement simple. Pour les composants IGBT sur les convertisseurs de fréquence, la fréquence porteuse est généralement réglée entre 0,75 et 15 KHz, et cette valeur est généralement réglable. Lorsque la valeur de consigne est faible, la forme d’onde du courant de sortie est médiocre (la composante harmonique la plus élevée augmente), le couple effectif du moteur diminue, la perte augmente et la température augmente. Lorsque la valeur de consigne est grande, la perte propre de l’onduleur augmente, la température augmente et le taux de variation de la tension de sortie de l’onduleur augmente.
Le taux de variation de la tension de sortie du convertisseur de fréquence dv/dt a un grand impact sur l’isolation du moteur. dV/DT dépend principalement de deux aspects : l’un est l’amplitude du pas de saut de tension, qui est liée au niveau de tension et à la structure du circuit principal du convertisseur de fréquence ; La seconde est la vitesse de commutation du dispositif d’alimentation de l’onduleur, plus la vitesse de commutation est élevée, plus le DV/DT est important.
De nombreuses marques de convertisseurs de fréquence basse tension règlent généralement ce paramètre de fréquence porteuse au maximum lorsqu’il quitte l’usine. Cependant, une fréquence porteuse trop élevée peut ne pas convenir à toutes les situations de charge. Parce que l’onduleur basse tension sur le terrain appartient au convertisseur de fréquence ordinaire de type tension à deux niveaux, le pas de saut de tension de phase est plus grand, atteignant la tension du bus CC, la plupart de la sortie de l’onduleur n’utilise pas de filtres de sortie et la distance entre l’onduleur et le moteur est longue, la plupart d’entre eux sont d’environ 100 mètres, en raison de l’existence d’une inductance de distribution de ligne et d’une capacité de distribution, il produira une amplification par réflexion des ondes progressives, lorsque les paramètres sont appropriés, la tension ajoutée à l’enroulement du moteur augmentera de manière exponentielle, ce qui constitue une grande menace pour l’isolation du moteur (en particulier les anciens moteurs en dessous de l’isolation de classe F). Il peut même brûler le moteur. Par conséquent, ce paramètre doit être réglé raisonnablement sur place. Assurez un fonctionnement efficace et sûr.

4. Conclusion et expérience
Sélection d’applications d’onduleur :
Pour les pompes centrifuges avec contrôle automatique d’un seul circuit à la sortie de la pompe, la différence entre la pression de sortie et la pression de service de la canalisation derrière la vanne de régulation doit être privilégiée, et les pompes mécaniques de haute puissance doivent être préférées.
Pour les pompes centrifuges avec commande automatique en boucle fermée à plusieurs boucles à la sortie de la pompe, la station doit être soigneusement sélectionnée et la quantité cible de contrôle doit être déterminée pour assurer un bon effet d’économie d’énergie.
Le ventilateur du four de chauffage et le ventilateur refroidi par air utilisent un convertisseur de fréquence pour un bon effet, et il est conseillé de réaliser un contrôle automatique en boucle fermée pour mieux jouer le rôle de l’équipement.
Les paramètres de réglage sur site du convertisseur de fréquence doivent être analysés au cas par cas et traités séparément en fonction de la situation de production de l’ensemble de l’appareil, afin que les performances du système de contrôle puissent être obtenues au mieux et non à une taille unique.
La pompe régulatrice de vitesse de conversion de fréquence a un taux d’économie d’énergie élevé et une courte période d’amortissement, généralement de 1 à 2 ans. Lors de la construction ou de l’agrandissement d’un équipement de production, celui-ci doit être conçu et installé en même temps pour atteindre l’objectif de conservation et d’efficacité énergétiques.