转炉氧枪冷却水系统变频调速控制的优化方案
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摘要：河北钢铁集团邯钢公司三炼钢厂转炉氧枪冷却水系统采用变频器进行水泵电机调速。变频器投入使用后，表现出良好的工艺性能，满足了工艺条件，提高了生产效率，保证了设备长周期稳定运行，促进生产的稳产高产，同时创造了巨大的经济效益和社会效益。
关键词：转炉氧枪冷却水系统；变频调速控制；自动切换；调速节能
中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）06-0038-02
河北钢铁集团邯钢公司三炼钢厂目前共有四座120T转炉，其中1#、2#转炉是从法国引进的二手设备，3#转炉是2000年三炼钢二期新建设备，4#转炉为2005年三炼钢三期新建设备。每座转炉有一套氧枪系统，每套氧枪系统有2台氧枪水泵供水冷却，四座转炉氧枪冷却水系统配置相同、运行方式相同。2004年以前，1#－3#转炉氧枪水泵的运行方式为：长期运转，一开一备，控制方式为常规的继电器-接触器常规控制。水泵长期恒高速运转，存在着大量的电能浪费、水资源浪费以及设备的损耗，增加了企业的生产成本，同时与国家、省市、集团公司大力提倡的节能降耗的方针不适应。随着电力电子技术和自动化控制技术的飞快发展，根据氧枪在吹炼的不同时期所需冷却水流量的不同进行变频控制节能改造，已是势在必行。
一、调速控制方案选择
氧枪水泵的主要作用是为转炉氧枪提供足够的冷却水进行氧枪本体及其附属设备冷却。为了满足钢厂节能要求，氧枪冷却水系统需要在氧枪吹炼期时高速运行，非吹炼期低速运行，变频故障时自动切换到工频运行。在满足生产工艺、保证氧枪设备安全稳定运行的前提下，为了大幅度降低企业运行成本，实现节能降耗，需要氧枪水泵电机具有良好的调速性能。交流电动机调速方法主要有电磁调速、液力耦合器调速、变频调速、变频极对数调速等。现将几种常用调速装置的优缺点见表1。
通过表1调速装置的优缺点对比可知，电磁调速、液力耦合器调速、串级调速存在技术上的缺陷，达不到工厂节能降耗、降低生产成本、提高效率的要求，所以目前企业水泵调速改造中大多采用变频器调速装置。基于以上考虑，三炼钢转炉氧枪冷却水氧枪泵控制改造采用了变频器调速装置。
二、变频器设计方案实施
转炉氧枪是转炉系统的“心脏”，氧枪冷却水就是转炉氧枪的“循环血液”。一旦氧枪泵不能正常工作，不但会影响生产造成损失，而且冷却水流量低或故障将造成氧枪设备过热烧损甚至发生爆裂、爆炸等恶性安全事故，这些对调速装置方案和变频器的稳定性、可靠性提出了较高的要求。
基于氧枪冷却水在氧枪吹炼的不同时期，其所需的流量是不相同的工作特点，对氧枪泵变频调速系统设计方案如下：
1.要求变频器具有高可靠性、长期运行无故障；调速范围广，效率高，逻辑控制能力强。
2.控制系统采用2×1拖2的运行方式。即常规继电器－接触器常规控制系统可拖动2台水泵，变频调速控制系统可拖动同样的2台水泵，正常运行时，变频系统工作，变频系统故障后自动切换到常规控制部分（旁路、工频）。
3. 根据我厂氧枪在不同时期的用水情况，经实际测试，氧枪在吹炼时氧枪泵电机定在1350r/min（45Hz）速度运行，非吹炼期转速定在900r/min（30Hz）速度运行时，可完全满足工艺要求。
4.按水泵变频控制理论，其轴输出功率与转速比的3次方成正比关系，在45Hz运行，其功耗仅为全速功耗的0.729；在30Hz运行时，其功耗仅为全速功耗的0.216。但实际运行中，考虑到各种损耗其节能效果略低于3次方（特别是在低速区），经过测算45Hz运行时功耗约为全速是的75%，30Hz运行时功耗约为全速时25%。我厂吹炼期与非吹炼期的时间比约为1:1。因此改造完成后，节能为原来的1/2。
三、变频器运行效果
1#－3#转炉氧枪泵变频改造于2004年8月完成并投入运行，运行至今状态稳定、效果极好。投入运行4年来，氧枪泵变频调速装置表现出良好的工艺性能和设备性能，现总结如下：
1.满足工艺要求，运行稳定，安全系数高；
2.节能效果显著，大大降低吨钢电耗，年节约量为50%左右；
3. 实现电机平稳启动、运行、升速、降速，延长电机、轴承寿命；
4.变频器自我保护完善，灵敏；
5.先进的、自动的逻辑控制，可实现多种调速方式；
6.设计采用2×1拖2的运行方式，实现了变频系统故障后自动切换到常规控制部分（旁路、工频），保证了生产顺行。
四、结语
1#～3#转炉氧枪泵变频调速系统于2004年投入运行使用后，变频调速控制系统表现性能好、运行稳定、节能降耗、方案完善等优点，大大提高了生产效率、满足工艺要求，创造了巨大的经济效益和社会效益。2005年，在实施的三炼钢厂4#转炉工程的水泵控制中采用了该控制方式。