电加热器控制系统的改造

出处:szlbx 发布于:2010-11-30 16:17:09

     介绍电加热器在设计上的缺点和不足,分析了改造后电加热器的远程和现场控制原理,并就改造后取得的效果进行了总结。

  0引言

  福建三安钢铁有限公司现有20 000m3/h空分设备1套,由开封空分集团公司成套提供,自2003年12月投产以来,分子筛的加热再生利用公司内部小铁厂锅炉蒸汽压力。由于小铁厂锅炉设备老化和蒸汽压力管道太长,使加热蒸汽压力不稳定。对空分系统分子筛的再生加温产生一定的影响。在投产运行的前3年里,由于蒸汽加热器铜管长期受冷热应变力的作用,出现疲劳破损,使分子筛再生效果大幅下降,管道出现蒸汽泄漏,二氧化碳含量上升,影响空分系统的正常运行。因此决定在原有蒸汽加热器的系统加热模式上串并联1台电加热器,既可与原蒸汽加热器串用,又可单独使用。

  1设备选型和设计问题

  单独使用电加热器或与蒸汽加热器串用加热再生分子筛以达到工艺流程要求,采用功率为1487.5kW电加热器,其配套1台1 600kVA、10kV/400V的变压器。电加热器控制柜:1个进线柜;5个功率组合柜,1、2、3组为固定功率,4、5组可调(用周波控制器控制双向晶闸管),功率分别为385、385、367.5、175、175kw;电加热管接线方式为三角型联结,控制柜电气原理图如图1所示。


  从厂家提供的图纸及试投用情况可以看出设计上存在一些缺陷:

  (1)加热器选用的电力电缆偏小,由于电加热管可以看作是忽略温度变化的纯电阻,根据P=1.732 U/cosa,cosa=1,则R=U/I,尺为固定值,所以加热的电流和功率是随电压升高而增大。从试投用情况可知,第l、2、3组的电流为480~520A,第4、5组电流在320A左右,功率可达到1 560~1 680kW,运行时测量电缆表面温度为70℃,而单根185、95mm2交联ⅥV电缆在常温30℃下明敷额定电流分别为426、283A。

  (2)控制保护电路中没有远程控制,只有简单的现场手动控制。DCS系统不能监控电加热器的投入及其运行状态。

  (3)变压器容量偏小,变压器运行一般不超过其额定容量。由于功率随电压而波动,电压增大,功率也增大,而三安公司处在山区,电网电压在10b10.8kV间波动,变化比较大,功率可达到1780kW,超过1 600kVA变压器的额定容量,变压器油温可到75℃。

  (4)电加热管分布不理想,布置不均匀,没有规律。

  2改造方案

  针对加热器存在的问题,提出如下改造方法:

  (1)通过电加热管的均匀布置,改变每组电加热管的布置,尽量使每组电加热管均匀分布在加热器内部,同时调整各组的功率,电加热管布置示意图如图2所示。

  (2)用2 000kVA、10kv/400V更换原来的1 600kVA、10kV/400V容量的变压器,使电加热器工作功率在变压器的额定容量内,变压器油温控制在60℃以下。同时在原有的基础上再增加1根与原来一样的控制柜到电加热器的电力电缆.以提高电缆的运行安全系数。

  (3)把第5组改为与第1、2、3组一样不可调的固定功率,可通过不同的组合(两两组合或其它组合)改变电加热器的功率组合与蒸汽加热器串用(蒸汽压力不稳定时),改造后的原理图如图3所示。


  (4)利用工艺加热时间程序及加热器后的温度,通过DCS焉自动或人为的干预控制电加热器的运行方式。

  其中第4组通过D(焉给出的4~20mA信号到周波控制器控制双向晶闸管触发脉冲电路控制调节第4组电加热管功率。

  (5)增加电加热器运行信号到中控室,使DCS系统能监控电加热器运行状态。

  3控制过程原理分析

  对二次接线控制回路的改造,通过转换开关实现现场和DCS远程控制,其第1、2、3、5组一、二次电气回路原理图如图4所示。


图4固定功率柜一、二次电气原理图

  转换开关在1、2位置时现场手动启停(3、4位置为DCS控制)电加热器,QF断路器合闸,按下启动按钮SBl(或DCS根据工艺分子筛程序运行情况给个启动信号,1K中间继电器得电,1K常开触点闭合),接触器KM线圈得电并自锁,接触器闭合,接通主回路,加热器工作。同时利用接触器的辅助触点反馈信号到中控室监控电加热器运行状态。按下停止按钮SB2(或DCS根据工艺分子筛程序运行情况给个停止信号,1K中间继电器失电,2K常闭触点断开),接触器KM线圈失电,断开主回路,加热器停止工作。

  第4组加热器的控制是利用周波控制器与晶闸管组合的调功器进行调节。周波控制器是晶闸管过零触发装置,根据输入的4~20mA电流变周期输出0~100%,可以直接数字显示输出功率百分比(占空比)。

  DCS系统根据加热器后的温度输出4~20mA电流信号给周波控制器,周波控制器再变周期输出触发双向晶闸管,从而进行调节功率。

  4结束语

  通过对电加热器的改造,实现了根据工艺要求进行DCS系统远程控制和现场就地控制两种方式,减轻了操作人员的工作强度,同时还可根据工艺要求组合加热器的的工作方式,充分利用了加热器的可调功功能。改造取得了良好的效果。


  

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