热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目初步设计

热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目初步设计XXXX设计院2015年3月目录第一章总论1第一节概述1第二章高压除鳞水系统6第一节概述6第二节现有系统状况7第三节现高压水系统工况10第四节改造内容11第五节主要设备布置及安装15第六节实施难点16第七节扩展及再挖潜17第三章热力设施17第一节概述17第二节压缩空气系统17第四章电气专业18第一节概述18第二节设计依据19第三节设计原则19第四节改造项目的内容及范围19第五节高压除磷变频控制系统20第六节技术要求25第七节改造方案30第五章自动化32第一节概述32第二节蓄能器系统改造部分32第三节泵组变频改造部分33第六章通风空调设施33第一节概述33第二节设计方案34第七章土建工程34第一节概述34第二节建筑与结构35第八章总图运输37第一节概述37第二节总平面图37第三节竖向布置37第四节其它38第九章能源分析38第一节概述38第二节主要耗能设备39第三节主要节能措施39第四节能源管理39第十章环境保护39第一节概述39第二节设计依据及采用的环保标准39第三节工程概况40第四节主要污染源污染物及其治理措施40第五节厂区绿化40第六节环境监测和环保管理机构41第七节环境影响的简要分析41第十一章劳动安全与工业卫生41第十二章消防设施41第一节设计依据41第二节主要防范措施42第十三章投资概算42第一节工程概况42第二节编制原则43第十四章经济效益分析43第一节概述43第一节经济效益测算44相关附件及图纸1、附表1高压水系统主要设备材料清单表2、附表2热力专业主要设备材料清单表3、附表3电气专业主要设备材料清单表4、附表4自动化专业主要设备材料清单表5、附表5通风空调专业主要设备材料清单表6、附表6热连轧厂高压除鳞泵组系统节能改造项目概算表7、14011液1初A1泵站系统图8、14011液1初A2除鳞泵站布置图9、14011机1初A110立方高压蓄能器气水罐10、14011电1初A110KV除鳞泵电机控制一次原理图11、14011电1初A2高压变频器室平面布置图12、14011总1初A1总平面布置图13、14011建1初A1高压变频器室立面图14、14011建1初A2高压变频器室平面图15、14011建1初A3高压变频器室基础施工图16、14011建1初A4高压变频器室板、梁、柱施工图第一章总论第一节概述11项目名称XX热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目12设计依据121XX公司发展规划处下达的设计委托任务书，关于开展XX公司热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目初步设计文本编制的通知122相关的考察报告。123有关的设计规程、规定、标准、规范。13项目建设的必要性131热连轧厂高压水除鳞泵组能耗现状热连轧厂共4台高压水除鳞泵，设计3开1备，电机采用降压软启动、工频运行模式，电机额定参数如下表11表11电机额定参数表设备代号额定功率（KW）额定电压（KV）电流（A）功率因数数量（台）高压水除鳞电机3550102480883开1备平均23开泵组运行参数见下表12表12泵组运行参数表设备代号实际运行压力（MPA）运行电流（A）入口阀门开度（）出口阀门开度（）使用方式高压水除鳞泵组2361902001001003开1备平均23开目前，热连轧厂高压水除鳞泵组只有开3台泵时才能满足正常生产需求，除鳞效果较好，但富余量较大，电能损耗较高；若只开2台泵时，则水量不够，达不到要求的除鳞效果。热连轧厂正常生产中每天有较多的换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间、除鳞间隙时间等，一般在停产1小时内不停泵，否则跟不上轧制节奏，影响生产也影响泵组的使用寿命；根据统计，每天有近22的时间属于开泵待轧状态，电机空转时间较长，电能损耗较大。现有蓄能器能起到吸收水锤和短时供水的作用，但系统调压力和调流量装置能力偏小，不能满足轧制钢种的变化时必须调整的压力。132项目建设的必要性近年来，我国的资源环境问题日益突出，节能减排形势十分严峻。根据钢铁产业发展新政策，将加大节能减排工作力度，建设资源节约型社会。目前，XX公司面临困难时期，挖潜增效、降低成本是公司摆脱目前困境的有效手段。通过对热连轧高压水除鳞泵组系统进行节能改造，及通过对除鳞泵电机加装变频器改造、蓄能器系统及附属设施进行改造，将大幅提高电机运行效率，增加系统运行安全稳定性，综合节能率较为可观。该项目改造有较成功的应用经验，节能效果明显，经济效益及社会效益显著。为了贯彻国家“十二五”节能减排计划，落实新余市节能减排总体要求，有必要针对电力系统存在的不利于能源的有效利用和环境保护,不符合国家现在提倡的节能减排的系统、设备等进行改造。14项目建设的可行性目前，国产高压变频调速装置技术已非常成熟，已在国内同行业中有成功运用案例，运行平稳可靠，运行效率、节能指标高。根据现场情况看，新建电气室及新增蓄能器等设备均有摆放安装位置，项目施工中不影响正常生产，项目实施可行有保障。15设计原则151结合我国的国情和XX公司的厂情，采用成熟、可靠、先进、实用的技术和设备，做到技术先进、布置合理、装备水平适当、确保生产正常，操作维护简捷方便。152既要采用切实可行的技术装备，又要采用必要的先进技术，突出科技创新，以利于节省能源，降低原、燃料消耗，降低生产成本。153充分利用现有设施，尽量不增建或少增建。154精心设计，优化方案，尽可能降低工程量，严格控制建设投资，缩短工程建设周期。155贯彻可持续发展战略，设计中做好环境保护、节能降耗和安全工作。严格遵守国家节能、环保、安全、消防、工业卫生等方面有关政策、法规及各种规程、规范的要求。16改造项目的内容及范围为确保节能效果，满足轧线生产工艺要求，通过对高压除鳞泵电机增设变频器装置及对高压水系统增设蓄能器装置，完善热连轧厂高压水除鳞泵组系统，根据轧制工艺的变化通过自动调节变频器频率，控制电机的运转速度，最大限度地减少能耗，达到最佳的节能效果，提高综合效能。改造的主要内容如下161增加3套变频调速成套控制柜。162增加4台10M3蓄能器，其中1台气水罐，3台气罐，增加相应的蓄能器检修阀、补气闸阀、液位计（1备1用），最低液面阀、气动闸阀及管路。163增加1台高压空压机。164增加1台8M3缓冲水罐，增加相应的缓冲水罐检修阀、补气闸阀、液位计，自动阀及管路。165增补完善自动控制系统及新增设备的低压配电系统。17新增高压蓄能器的功能及作用171蓄能器系统改造说明原蓄能器设计压力为315MPA，使用最高压力为290MPA，数量两个，容积10M3（气、水罐各一个），完全能满足现有泵及系统压力25MPA的要求。考虑到高压水泵加变频器后升频时间及避免频繁升降速以及除鳞系统压力的稳定，经计算改造以后机械部份增加3台高压气罐，1台高压气水罐等其它设备。高压水罐提供水量计算原系统的的压力在2421MPA间波动，蓄能器为2个10M3的蓄能器，改造后增加3台高压气罐，1台高压气水罐（容积10M3）。则气体的有效容积V141M3，P124MPA，P221MPA；由热力学公式P1V1P2V2可以计算得到改造后蓄能器系统能提供总共586M3的水量。由用水点资料可以看出系统可能出现的重合点为炉后除鳞机除鳞箱/E1粗轧机（其中一组）E2粗轧机（其中一组）精轧机（二组）箱，其流量Q4511173093091186M3/H蓄能器能提供最大水量持续时间T1约为203秒T1T2除鳞箱喷射时间，约15秒同时T1也大于变频器升速时间（约12秒）。所以完全满足使用要求。因原来仅有一个气水罐，正常储水约5方，且在除鳞时为防止高压气窜出，气罐必须留存2方左右，因此，必须增加一个气水罐。172蓄能器罐的作用1）吸收除鳞泵运行时对高、低压管路系统的冲击震动；2）在喷射阀开启瞬间可以防止低压管路系统供水不足。3）吸收除鳞阀开闭对管路系统的冲击震动，能有效吸收系统的水锤，避免水击。4）增大储水量，延长蓄能器储水的喷射时间，避免高压水泵频繁升降速，这样既能保证最佳节能效果，又能延长设备的使用寿命。5）增加系统的稳定性，确保除磷泵组在变频器低频运行时管网压力、流量，确保最佳的除鳞效果。173蓄能器系统改造后作用通过改造增加蓄能器等设备，大大降低除鳞泵为轧线供水的时间，在系统蓄能器水量充足和轧线不除鳞的间歇期降速运行。因为高压除鳞泵的功率与转速的立方成比例关系，所以除鳞泵在低速运行时能耗非常小。另外，在轧线检修或换辊时除鳞泵会降速运行，节能效应非常可观。改造后，蓄能器不仅提高蓄能作用，缩短电机因降频升速对系统的影响时间，而且还能减小机上各集管喷水时造成的压力波幅，确保系统正常工作压力不低于21MPA,以保证除鳞水量及喷嘴的打击力，在满足产品质量要求的前提下，达到最佳的节能效果。18高压除鳞变频自动控制方式变频自动控制方式分为控制台控制和自动识别控制。181正常连续轧制状态时高速运行，在开始非正常连续轧制状态时控制台操作电机低速运行。182为充分发挥系统改造效能，控制系统满足在正常轧制时可以同工况自动识别并控制1点喷时；2点喷时；3点及以上喷时；并结合系统压力状态控制电机运行状态。19投资概算热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造投资概算以下简称本概算是依据XX设计院2014年12月提供的此工程内容进行编制的。工程投资（单位万元）150088投资组成如下（单位万元）建筑费5243安装费11538设备费118248工程建设其他费7912不可预见费7147第二章高压除鳞水系统第一节概述11概述现有除鳞水系统输出有两种水压高压水及中压水。高压水供炉后至精轧第一机架间除鳞用，中压水供精轧除鳞用。现有高压除鳞高压水系统配置有四台高压水泵，三用一备工作制度，三台泵工作时其流量能满足轧制时最大除鳞水量；高压系统配备有一组高压蓄能器（10M3气罐一个，10M3气水灌一个），其能保证系统的稳定性。现有高压水系统完全满足现轧线除鳞时水压水量要求。本次改造后，高压水系统仍然使用三用一备工作制度；正常连续轧制时，高压泵电机仍然工频运行，和改造前系统工作没有变化。不增加系统冲击强度，工作用水量不变。非正常轧制时（换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间），高压泵电机降频运行；超过1小时不除鳞时停机。12设计依据工艺资料；方案设计；相关标准和规范；参考相关考察报告及专业厂商的资料。第二节现有系统状况21系统工艺流程说明来自水处理车间的中压浊环水经自清洗过滤器进入高压除鳞泵加压后进入高压蓄能器，泵出口压力和蓄能器压力最终达到平衡，等待轧线除鳞如图21。系统界面系统简图图2122系统基本情况221水系统构成1高压水系统1）高压除鳞泵4台；2）辅助润滑油泵4台；3）电动输出阀4台；4）最小流量阀4台；5）蓄能器出口气动检修阀1台；6）最低液面阀1台；2中压水系统1）中压除鳞泵2台；2）润滑油泵4台（其中每台泵组两台润滑油泵）；3）电动输出阀2台；4）最小流量阀2台；5）蓄能器出口气动检修阀1台；6）最低液面阀1台；3公共系统1）自清洗过滤器2台；2）高压空压机4台；3）低压缓冲罐2台；222工艺基本参数数据1板坯规格板坯厚度230MM；板坯宽度7001520MM；板坯长度900011000MM（定尺坯），45005300MM（短尺坯）；板坯质量MAX281T；2除鳞点及数据（高压部分）1）粗除鳞箱流量451M3/H，压力20MPA，喷射时间约15秒；2）粗轧机除鳞E1入口除鳞装置流量117M3/H，压力20MPA，喷射时间约20秒；R1出口除鳞装置流量100M3/H，压力20MPA，喷射时间约20秒；E2入口除鳞装置流量117M3/H，压力20MPA，喷射时间约30秒；R1出口除鳞装置流量100M3/H，压力20MPA，喷射时间约30秒；3）精除鳞箱机前流量309M3/H，喷射时间约90秒；机后流量309M3/H，喷射时间约90秒；4现高压水系统主要技术性能参数1）高压离心泵压力25MPA流量350M3/H；2）离心泵电机功率3550KW电压10KV转速1480RPM；3）压缩机压力35MPA流量30NM3/MIN；4）蓄能器气罐压力315MPA体积10M3；气水罐压力315MPA体积10M3；5）低压缓冲罐压力1MPA体积8M3；第三节现高压水系统工况31轧制线工况按300万吨/年产量估算，小时产量为375吨/小时，以每块板坯平均25吨计算，每小时平均约需轧制15块以上板坯，即平均4分钟轧制1块板坯，但实际生产中，轧制周期时间长度为2分钟/每块板坯。32除鳞水最大用水量实际连续轧制时，轧制线上（从炉后至轧制结束）存在最多三块坯料，即除鳞点需要多点同时需要除鳞的状况。据已有记录，同时出现的除鳞点为炉后除鳞机除鳞箱/E1粗轧机（其中一组）E2粗轧机（其中一组）精轧机（二组）箱，其流量Q4511173093091186M3/H33系统高压水最大需水量高压水泵工作制为三开一备，因此高压水泵能提供的最大水量为Q35031050M3/H系统水泵最大供水量小于除鳞水最大用水量。需要的补水量11861050136M3/H0038M3/S，按最大水量持续时间15S，这15S内需要的补水量003815057M3原配蓄能器可提供的补水量（2410/21）1014M334高压水除鳞工作过程简述连续生产时一个完整的除鳞工作过程，系统大致可分为三个循环状态1待除鳞状态2除鳞状态3除鳞结束状态。341待除鳞状态该状态下系统高压水设计工作压力约24MPA，除鳞阀开启前，系统水压为24MPA，这时尽管高压水泵电机全速运行，但是由于无用水点，故水泵无水输出，这时电机处于相对低功耗运行状态。342除鳞状态任意除鳞阀门开启（接通水路），大量高压水从除鳞喷嘴喷出，水泵大流量输出高压水，系统内水压也从24MPA开始下降，但由于喷嘴的节流效应，系统能保持在21MPA以上。由于水压下降，蓄能器向管路排水。343除鳞结束状态除鳞阀门关闭（切断水路），系统总管内水压开始上升，高压水水向气水罐充水，待罐内水压达到设定压力（水泵最大输出压力）后，水泵无水输出，这时电机处于相对低功耗运行状态。344高压水除鳞工作完整过程中各主要设备状态和主要作用1）水泵用于轧线除鳞及除鳞结束时及时向气水罐充水。2气水罐在除鳞开始时向系统释放储水量及吸收在除鳞阀开闭时系统中的“水锤”，水罐储水量由于主管路压降，储水自然释出。除磷阀关闭时开始接收水泵输出的水量，现蓄能器其最大可向主管路提供约14M3水量。3低压缓冲罐在水泵突发大水量输出时补充低压水，防止泵“吸空”。第四节改造内容41水系统改造原因现有高压水系统流量大，压力高，高压水除鳞泵由高压电机驱动，在轧制线不需要除鳞时（换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间），高压泵仍然满负荷运行，造成不必要的能源消耗。42主要能源消耗的状况421正常轧制时正常生产时，轧制一块板坯的时间约为2分钟，除鳞喷水时间最长为90秒，非除磷状态极最大空闲时间约30S。为确保高压水系统和高压供电系统及设备的稳定（“电机升、降速过于频繁，对高压泵的损害极大”），所以正常轧制时建议除鳞泵电机仍保持正常速度运行。422非轧制状态时轧制线不需要除鳞水的状况有换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间及除鳞间隙时间；正常轧制时，由于非除鳞时间间隔短，高压电机不宜变速运行；所以高压电机可降速运行状况为换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间。423尽管非正常轧制时水泵多数时间相对无流量输出，电机处于相对降耗运行，但水泵出水管中仍然处于高压状态，电机节能有限，如使无流量输出时段电机降速运行，电机低速运行时泵出口压力也降低，电机降耗将更明显。所以本次节能改造对电机使用变频调速控制。43改造前后水系统状态比较431改造后，电机应在除鳞过程结束后降速，在需要除鳞前达到正常速度运行，这样改造前后高压水系统水压，流量只有如下状态及异同1）电机使用变频调速控制后，正常轧制仍然运行在工频，改造前后状态相同。2）非轧制状态时电机低速运行，主管路中压力同“待除鳞状态”（这时压力12MPA左右）。所以电机加速期间无能力给系统补水。3）电机加速时段，如果轧制线需要除磷，这时除磷水由蓄能器给水，蓄能器最大总给水量满足轧制线最大除磷水量的要求。其给水时间长度大于电机加速时段的时间。432电机升速降速时，对水系统稳定性影响比较电机升降速过程由于升降速时间比除鳞阀门开启和关闭过程时间长，所以升降速对系统高压主管路及低压供水管路的冲击都更小。44水系统改造具体内容本次改造目的是为了节能降耗，即在轧制线不需要除鳞时，通过降低主泵转速的方式，降低每台泵的输出流量和压力，进而减少电能消耗，达到节约用电效果。为配合上述要求，高压水系统作如下改造，主要为441新增高压蓄能器组主要有三个10M3高压气罐、一个10M3高压气水罐及其配套组件。442新增低压缓冲水罐及相关组件443泵组油路改造,新增4台辅料润滑泵及4个高位油箱。45新增主要设施参数表新增主要设施见下面表21、表22、表23，此外还需增加连接新增设施的管路及管路附件。表21低压缓冲水罐序号名称指标1容器类别I2容积8M33公称压力10MPA4设计温度605使用温度5506使用介质水、空气7腐蚀裕度1MM8焊缝系数0859主要受压材质Q235B10试验压力125MPA11设计标准GB150199812制造标准GB1501998JB4732199513焊接规程JB/T4709199214探伤20无损探伤15重量42吨16外形18004800表22蓄能器系统气罐及气水罐序号名称指标1容器类别三类（）2容积10M33气水罐1台4气罐3台5公称压力315MPA6设计温度607使用温度5508使用介质水、空气9腐蚀裕度1MM10焊缝系数111主要受压材质Q345R12设计标准GB150199813制造标准GB1501998JB4732199514焊接规程JB/T4709199215探伤100无损探伤表23配套蓄能器主要阀组序号名称型号及规格数量备注1最低液面阀DN150MMPN32MPA1套气动控制，关闭迅速2气动闸阀DN150MMPN32MPA1套气动控制，关闭迅速3低压球阀DN15MMPN16MPA1套4气闸阀VTQZF25/320SS1F4套5气闸阀VTQZF100320SS1FDN100MMPN32MPA3套6安全阀SA42Y320公称压力32MPA公称通径32MM4套7安全阀A21H16C公称压力16MPA1套8手动闸阀D341SH16Q2001套9气动闸阀D671X16C2001套10磁浮子液位计UHZ10AK4YPPN16MPA1套11液位计三通阀DN20MMPN32MPA4套12磁浮子液位计UHZ20AK7YPL40003套第五节主要设备布置及安装51高压蓄能器罐布置高压泵站布置在主轧跨内地下室。511蓄能器（一个气罐）布置在现在地下室高压泵站右边隔墙外侧。其上方原设计留有检修吊装孔。新加高压气罐同原系统间相关管线穿现有高压泵站隔墙。512蓄能器（两个气罐一个气水罐）布置在现在地下室高压泵站左边隔墙外侧，其上方原设计留有检修吊装孔。新加高压气水罐同原系统间相关管线穿现有高压泵站隔墙。52低压缓冲水罐布置低压缓冲水罐布置在现有高压泵站2高压泵组的高压泵旁，其上方原设计留有吊装孔。该吊装孔为高压泵站内唯一检修维护孔洞。53安装蓄能器气罐及气水罐本体单重41吨，本体外形约18009000，吊装设备起重量须大于50吨，吊装孔尺寸须大于3000。罐体在厂房内吊运宜和使用状态一致，由于物件重量关系吊运过程，宜从地下层的地面至高压泵站地下室上检修孔一次完成。期间须避让主轧跨内吊运路线上地面已有设备及构件。在地下室由于无合适吊运设施，且受地下室层高及内部设施及管线限制，移动困难。第六节实施难点由于原建设施工期间大型设备一次性吊装孔均已封闭，本次改造蓄能器罐只能从现有检修孔吊入地下室。蓄能器布置在主轧跨地下室原泵站隔墙两端，一个气水罐及两个气罐布置于高压泵站左端，另一气罐布置于高压泵站右端。新增蓄能器组罐体安装困难。1罐体先从检修孔洞吊放到地下室地面；2新增设备从入口处搬运至目标位置；其过程为设备本体需要从入口处先平移、然后旋转（本体的安装螺栓孔和预埋脚螺栓对位）本体底座板面再下降至基础面。由于现地下室无可用吊运设施，需要采用其他可靠的临时移动手段和装置以完成安装过程。该装置可能需要自配动力装置，功能上需要能完成罐体的平移，旋转及下降功能。因该部分施工难度较大，应由有同类施工经验的专业安装企业完成。第七节扩展及再挖潜由于多数钢种情况下，高压水泵开两台流量不足开三台流量富余，在保证系统最低工作压力条件下，这时可以对三台泵电机同时同步降频运行，以最大限度地发挥节能效果。但由于无现使用的泵的调速状态下的压力及流量特性数据，所以三开一备工作制度下的降速运行只可在生产实践中摸索。第三章热力设施第一节概述11概述由于高压水除鳞系统新增了1个高压水罐和3个高压气罐，为了保证充气效率，对其中新增蓄能器用户提供一台压缩空气机。12主要设计依据工业金属管道设计规范GB503162000动力管道手册动力工程师手册第二节压缩空气系统21压缩空气设计要求压力2127MPA；用气量3NM/MIN；气质要求干燥、洁净；用气制度间断。22热力设计现有扎线系统配有4台35MPA、30NM/MIN高压空压机供生产使用，改造后需要增设一台35MPA、30NM/MIN高压空压机与现有系统并网供用户用压缩空气。新增机组出气管道与现有主管DN25连接，接至新增4台蓄能器处（100米），并分别设置支路阀门及并网连接处阀门。23存在问题该机组及管路压力为高压级别，应委托具有此设计资质及相关技术的单位来完成后续施工图设计任务。第四章电气专业第一节概述11概述热连轧厂共4台高压水除鳞泵，设计3开1备，电机采用降压软启动、工频运行模式，电机额定参数如下表41表41电机额定参数设备代号额定功率（KW）额定电压（KV）电流（A）功率因数数量（台）高压水除鳞电机3550102480883开1备根据工艺要求，本次改造工程将增设3套高压变频器成套装置，通过变频调速控制，在除鳞间隙、轧线检修或换辊时除鳞泵电机降速运行，达到节能目的。12现场条件121电源除鳞泵动力电源10KVAC50HZ功率33550KW低压配电电压380/220V；功率300KW照明电压220V；36V；控制电压直流220V；交流220V。122设备布置原高压水除鳞电气室已没有摆放新增变频器柜的位置，须新建一22米（长）X14米（宽）X5米（高）电气室，用于摆放3套新增高压变频器成套装置。在热连轧厂粗轧电气室旁有一空地可以新建高压变频器室。第二节设计依据工艺专业委托的设计委托任务书。相关的考察报告。有关的设计规程、规定、标准、规范。第三节设计原则采用成熟、可靠、先进、实用的技术和设备，满足生产工艺及节能要求。第四节改造项目的内容新增3套高压变频成套控制柜。由原除鳞泵电机控制柜高配室引3路10KV供电电源至新建高压变频器室3套变频器成套柜，另引高压柜控制小母线至高压变频器室新增高压开关柜，由粗轧电气室低压配电室引038/022KV控制电源至高压变频器室；并重新整理、敷设变频器柜、原电机控制柜至除鳞泵电机的电缆线路。新建高压变频器室及部分电缆沟、电缆桥架等电缆敷设通道。增补完善自动控制系统及新增设备的低压配电系统。新建高压变频器室低压配电、空调配电、照明、防雷接地等。第五节高压除鳞变频自动控制系统热连轧厂生产线除鳞特点多点、往复式除鳞。共设置三段除鳞，即炉后除鳞，粗轧除鳞，精轧前除鳞。粗轧除鳞为往复除鳞，奇数道次进粗轧前除鳞。除鳞系统分除鳞工作和待除鳞保压等待两个阶段，在待除鳞阶段只好通过溢流阀旁通释放热量，保持系统平衡、稳定，但有很大的能量浪费。所以，热连轧厂除鳞系统适宜于作变频调速节能改造。51、高压变频器技术原理和相关性能介绍高压变频器每相由若干个低压PWM功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，采用高速微处理器实现控制而以光导纤维隔离驱动，这就是高压变频器领域常采用的多重化技术，其在根本上解决了6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题。由于采用功率单元串联而不是用传统的器件简单串联实现高压输出，所以不存在器件均压的问题。每个功率单元承受全部的输出电流，但仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出功率，其输入功率因数可达095以上，且不必设置输入滤波器和功率因数补偿装置，从而使整个变频器系统的效率在096以上。52、除鳞系统改造的实施521技术原理除鳞系统使用的是高压离心泵，空转时电能消耗较大，一般除鳞工作时间只占4050，因此如果让高压离心泵在整个生产周期中都工作，其大部分时间都会处于空转状态，有较多的的电能被浪费掉。采用高压变频调速控制除鳞水泵转速，即根据除鳞系统蓄能器液位或压力调节高压离心泵的转速，当蓄能器液位达到上工作液位或压力达到上限时，离心泵降速运行；当蓄能器液位达到下工作液位压力达到下限时，离心泵升速运行，达到稳定控制输出压力，保证输出流量，并达到节能的效果，这是带钢高压除鳞系统最佳的节能控制模式。522性能指标1以多点不间断连续测控实时参数为依据的恒压闭环运行控制方式，实际压力信号来自于现场信号，变频器通过调节速度，使实际压力逼近压力设置值，以保证系统的压力恒定。2避免高压水除鳞系统突然泄压和突然增压。3变频器上下限频率的设定，一定要确保的出水输出压力能达到工艺要求的除鳞压力。（4）同工况自动识别并控制1点喷时；2点喷时；3点及以上喷时；生产暂停时。5控制软件能有效克服了系统温度增加等技术难题。6新改造的控制系统和原系统能有很好的兼容性。7人机界面适合原操作人员的操作习惯，操作非常方便。523项目改造中解决的技术难点1系统兼容问题在保证现场正常轧钢的前提下，新技术改造的高压变频系统包括控制回路和主回路要和原有工频运行的水泵系统兼容问题。通过相关技术人员现场大量的实地勘测和技术论证，可实现新技改的高压变频系统与原系统之间的兼容问题，系统可操作性非常高，能在原有的的操作系统基础上对高压变频器方便快捷地进行相关起停操作，使操作人员和设备维护人员不需要重新进行培训的情况下就能熟练正常操作。2高压变频器改造后所产生的谐波源问题设备选用不当会产生大量的高次谐波，污染配电网络，对该系统内的相关控制系统产生干扰和设备误动，同时过多的谐波不但会增大上一级电源的容量，污染电网，而且会使其它用电设备的无功负荷增大，加大了设备的发热量，同时变频器所产生的高次谐波还会使所带的电机，产生过热现象和过大的噪声，对高压电机的绝缘也有相当大的影响，容易产生绝缘击穿事故；通过选好的无谐波高压变频器，避免了上述问题的发生，提高了单台高压电机的功率因数，降低了启动时的电压降过大的问题，更好的保护了电机和高压水泵的使用寿命和使用安全。3原系统的恒压力控制问题既要保证高压变频系统能可靠的进行运行，又要保证高压变频器在使用过程中的快速响应问题，还要避免经常性的快速切换，加速对电机和高压水泵的不利影响，通过与相关专业技术工程公司技术人员到现场调研、协商，若蓄能器的液位达到最低设定值时，高压液位计或高压差压计传出信号给控制系统，控制系统就会自动关闭最低液面阀，以防止高压气体窜入管路系统，此时最低液面阀有单向阀的功能，即高压水只能进入蓄能器；当蓄能器水位恢复正常状态时，最低液面阀也恢复正常状态；若蓄能器的的液位到达最高设定值且压力值达到规定范围下限时，控制系统自动启动空压机向蓄能器补气。同时，在蓄能器上设有安全阀，以防止误操作而造成除鳞系统超压现象的发生，保障系统安全运行。当钢坯到达除鳞箱，系统自动打开喷射阀，除鳞泵和蓄能器同时供水除鳞，除鳞完毕，喷射阀自动关闭，泵向蓄能器补水，蓄能器的压力达到泵的关死压力，泵无流量输出，蓄能器补水完毕。在除鳞泵向蓄能器补水完毕后，泵运行过程中会产生一定的热量，当温度升高到设定值时，系统自动打开除鳞泵的最小流量阀，排放掉一定流量的水，被排放掉的水就带走一定的热量，达到降低除鳞泵壳体温度的目的；当温度低于一定值时，系统又自动关闭最小流量阀，此时，电机耗费功率最小，即可以大大节约电能。通过了解，日钢1580热轧板带除鳞系统实际工况是在三段除鳞过程中，由于是连轧，有两钢坯前面精轧还未完成正在除鳞，后面的钢坯同时在炉后除磷位或粗轧除鳞位也同时需要除鳞；这样开3台除鳞泵才能满足正常工艺除鳞需要。当都不在除鳞位时，控制系统自动关闭了所有的除鳞阀，且该时间段较长，系统蓄能器又非足够大，达到最高压力时，能量也会过剩，从而导致高压管路及泵壳体温度升高。目前采用的办法是人为使2除鳞系统最小流量一直处于导通状态，以排放多余流量，带走一定的热量，保证系统满足正常工况需求。若在1除鳞系统或3除鳞系统，采用高压变频调速技术和根据压力自动跟踪调节控制，可使不除鳞时段少排或不排高能量值的多余水，既能达到很好的节电效果，又能使高压管网压力相对稳定，提高除鳞效果和提高系统设备的使用寿命。通常最小流量阀的后面，设置有节流孔板及扩散管，即使最小流量阀打开，泵排量也不大。因此，合理的设计和控制除鳞泵的壳体温度，调节排放流量，才能达到工频状态下的节电效果，延长除鳞泵的使用寿命。而目前的工况是一直旁通，未能调节，即使是除鳞状态，也一直在旁通排放，为保证生产正常进行，减少较大的电能浪费，变频器除鳞系统就能很好的解决以上问题。524系统的工况现状除鳞状态要求系统工作压力220MPA。通过对系统的长时间观察，除了极少数时间系统工作压力低于220MPA，大多数时间系统都工作在220MPA以上。525需要的数据采集通过PROFIBUSDP现场总线读取原系统的控制温度、压力等信号，现场所采用的监控软件通过现场总线PROFIBUSDP通讯，把原除鳞泵系统的温度、压力以及其它监控点等信号传送给S7300PLC，通过控制程序对节电系统进行控制。526改造后除鳞系统的控制结构改造后的系统采用能量优化控制程序及无谐波高压变频器，监控组态是用西门子WINCC60设计的，主要对3除鳞泵运行状态、节电分析、故障诊断、高压电力控制断路器开关状态、历史运行纪录进行监控，新增一个S7300CPU314PLC，作为原除鳞系统CPU317PLC的从站，采用PROFIBUSDP的通讯方式对主站以及高压变频器进行读写数据。本系统采用恒压控制，多点除鳞，从而达到节能的效果以及满足上述工艺的要求。除鳞泵在一个生产周期内分为粗轧除鳞、R1、R2和精轧除鳞4个阶段,其中粗轧除鳞阶段需要除鳞2次，各除鳞点需要工作的时间约为15S、20S、30S、90S，生产周期约3MIN。当除鳞喷水状态时要求管网压力达到22MPA以上，非除鳞状态时要求管网保压，除鳞泵一直以工频运行，如管网压力高于22MPA，通过最小流量阀释放压力。根据以上工艺要求，通过除鳞泵电动机加装变频器，可以实现如下能量调节控制1在除鳞喷水状态时，通过恒压变流量控制使管网压力达到22MPA以上，满足工艺要求并部分节能；2非除鳞状态时，可关闭前端流量阀和最小流量阀，电动机降速运行，并在下一次除鳞喷水状态前，变频器响应，使除鳞泵管网加速达到22MPA的以上，通过此变流量控制，可以节约大量电能。第六节技术要求61变频器选型变频器采用国产一线品牌，主要元器件要求选用进口产品。表42基本参数表序号规范参数备注1型式及型号整体柜式适配3550KW电机2安装地点室内3技术方案多级串联，交直交、高高方式4调频范围050HZ根据工况调频范围在3048HZ间5对电动机要求普通鼠笼式异步电机6额定输入电压/允许变化范围10KV107系统输出电压010KV8系统输出电流300A（适配3550KW电机）9最高输出电压10KV10额定容量适配3550KW电机11额定输入频率/允许变化范围50HZ1012对电网电压波动的敏感性251513输入侧功率因数095（20负载）14整机效率096序号规范参数备注15控制方式多级正弦PWM控制控制电源（用户提供）一路AC220VAC/50HZ3KVA16风机电源（用户提供）一路AC380V/220VAC/50HZ5KVA17UPS型式后备式18电网侧变换器型式及元件48脉冲，二极管三相全桥，19电机侧变换器型式及元件IGBT逆变桥串连20电隔离部分采用安捷伦光纤连接21冷却方式强迫风冷22控制连接硬连接23过程控制方式420MA24操作界面中文界面25变频装置外形尺寸26防护等级IP3127柜体颜色RLA703228进出线方式下进出线611变频器性能谐波失真率优于国家标准，不需要输入输出滤波器，对敏感设备无干扰，谐波指标2；无需因输出谐波而降低电机的任何额定值。与直接采用电网电源相比，电机基本不产生额外热量；与直接使用电网电源相比，不会使电机噪音明显增加，不会对电机绝缘产生任何影响；功率单元采用模块化设计，设备内的各单元可任意互换，单元拆装方便（当部分单元出现故障时可继续或降额运行，也可在几分钟内更换损坏的模块）；输入采用移相变压器，由24个功率单元构成，每相8个单元级联直接高压输出；独特的风道设计，在室温40摄氏度时，设备能可靠运行，采用顶部散热方式，经风道引至室外，维护方便，风机选用德国产品，经久耐用；人机接口采用触摸屏，全中文界面；可通过按钮或DCS接口等输入方式操作；单元与控制部分的通讯采用光纤；单元的外围控制部件PLC及功率模块等采用进口件；接口方式可采用硬接线方式也可采用通讯方式；无需进行无功补偿整机效率95,功率因数095；采用48脉冲整流，输入谐波率空载时4，负载时2；输入电压在90110、频率在45HZ55HZ波动范围内设备均能正常工作；采用PWM控制技术及多单元串联方式，要求DV/DT小；612变频器的保护输入侧变压器带浪涌吸收保护，且具备温度监视和过热保护；变压器允许过负荷能力符合IEC干式变压器过负荷导则及国标要求；每个功率单元带输入熔断器保护；具有设备过载、过热和电机过载保护。1）过载保护电机额定电流的120时60S，150时5S，200则立即保护；2）过压保护检测每个功率模块的直流母线电压，如果超过额定电压的115时定时限特性保护；3）欠压保护检测每个功率模块的直流母线电压，如果低于设定数值则自动封锁输出；4）过热保护在主要的发热元件，即整流变压器和电力电子功率器件上设置温度检测，一旦超过极限温度（变压器130、功率器件80）则保护；5）缺相保护缺相保护设置在每个功率模块上；当节电设备输入侧掉相或功率模块的保险熔芯融化时，会发出报警信号并保护；6）接地保护节电设备到电动机线路发生接地故障时保护；7）光纤故障保护当控制器与功率模块间的连接光纤故障时，会发出报警信号并保护。8）输出不平衡保护，当输出电压、电流不平衡时，跳闸保护电机。9）能够联跳输入侧甲方（用户）的10KV进线开关。10）其它保护主控通讯故障、冷却风扇故障、控制电源故障等。62变频器控制接口表43变频器提供的数字量输出序号输出开关量说明1运行信号变频运行时触点闭合（常开触点），正在运行2待机信号变频就绪后常开触点闭合，可以启动3重故障信号变频器重故障切断输出时触点闭合（常开点）4轻故障信号变频器轻故障报警时触点闭合（常开点）5远控状态信号变频器处于远程控制状态，触点闭合时为远程以上所有数字量采用无源接点输出，接点容量均为DC220V/5A，供现场使用。表44变频器提供的模拟量输出序号输出模拟量说明1输出电流信号420MADC对应0最大电流2输出频率信号420MADC对应050HZ设备提供两路420MADC的电流源输出，带负载能力均为250，供现场使用。表45变频器所需求的数字量输入序号用户提供开关量说明1远方启动信号常开接点，3秒脉冲闭合时有效，启动命令2远方停止信号常开接点，3秒脉冲闭合时有效，停止命令3远方复位信号常开接点，3秒脉冲闭合时有效，故障复位命令4紧急停止信号紧急停机时有效，带闭锁5用户高压就绪信号常开接点，用户高压合闸就绪后闭合以上控制信号点由甲方现场提供，要求提供的信号点为干接点。表46变频器所需求的模拟量输入序号用户提供模拟量说明1远方给定信号420MA对应050HZ或0100该给定值为420MADC的二线制电流源信号（带负载能力必须大于250），420MA对应转速低高限，须呈线性关系。表47变频器与其它电气设备接口序号变频器与其它设备接口说明1高压合闸允许变频器自检通过或系统处于工频状态时触点闭合，具备高压合闸条件2高压紧急分断变频器重故障时自动分断高压开关，常开触点以上数字量采用无源接点输出，定义为接点闭合时有效。接点容量均为DC220V/5A。63主要电气设备及电缆选型53110KV高压变频器选用国产优质产品。53210KV高压柜选用KYN2812Z型金属封闭式开关柜。533直流电源装置选用DC220V、50AH铅酸免维护蓄电池高频开关直流装置。534机旁箱、配电箱、照明箱选用JXF1明装型。535高压电缆选用ZRAYJV10KV型。536低压电缆选用ZRAYJV1KV型。537控制电缆选用ZRAKVV或ZRAKVVP型。第七节改造方案71电气控制系统及设备711高压水除鳞泵组变频器改造共增加3套变频成套装置，其中二台变频器单开、一台变频器一拖二，一拖二的中间有联络柜相互切换，可保证三台变频器同时使用。新建高压变频器室安放3套变频成套装置。712原13高压除鳞电机主控柜改造后作为3套变频成套装置的电源出线柜。713完善除鳞系统新增低压用电设备的供配电及电气控制设计，尽可能利用现有设施。714高压电机的控制采用变频控制柜上、机旁控制箱、由值班人员在控制室HMI上控制共三种方式。机旁控制箱通过硬线连线到变频器，控制电机的起、停，面板设置起、停、远方、本地及速度设定等选择开关，并有频率指示。72电源及电缆通道721新建变频器室3套变频成套装置10KV电源引自原13高压除鳞电机主控柜，新增高压开关柜控制小母线电源引自原高压除鳞电机主控柜段小母线。722原由高压柜出线至电机间敷设的电缆保留使用，按施工图要求重新接线。723新建变频器室采用电缆沟通过在墙上和楼板开洞的方式与粗轧电气室地下电缆室连通，并通过粗轧电气室地下电缆室中的电缆桥架将工程新增的电力及控制电缆敷设至各接线处。进出电气室等建筑物的电缆通道在电缆敷设完成后须采用防火堵料密封。73防雷与接地731防雷新建变频器室按三类建筑考虑防雷设计，尽可能利用梁、柱内主钢筋等做引下线及接地体。732接地新增变频器柜体、机旁箱箱体、桥架、金属穿线管、电缆金属外包等正常情况下不带电的物品均须可靠接地，接地电阻不大于4欧姆。74照明照明电源就近引入。照明电压等级一般场合采用AC220V，特殊场合采用AC24V。新建变频器室采用节能荧光灯照明。第五章自动化第一节概述11概述111设计依据1相关专业提供的设计资料。2国家现行的有关规范、规程及相关行业标准。112设计范围本次设计为热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造工程，主要内容对新增3套智能型变频成套控制柜、4台10M3蓄能器、1台8M3缓冲水罐及1台高压空压机进行自动控制设计。第二节蓄能器系统改造部分21控制方式4台10M3蓄能器及1台8M3缓冲水罐水位、压力等过程检测设备均由设备厂家成套提供，检测信号接入原有高压水除鳞泵组控制系统远程站；蓄能器及缓冲水罐电动阀门采用现场手动操作与PLC远程自动控制方式。高压空气压缩机自带控制系统，具备现场控制及操作室远程启停功能。22控制系统蓄能器系统改造新增设备控制信号与过程检测信号均接入已有高压水除鳞泵组控制系统远程站，相关远程站冗余点满足此次改造需求。软件部分需对原控制程序及组态画面做相应修改。23控制方案4台10M3蓄能器及1台8M3缓冲水罐的检测、报警要求与已有蓄能器及缓冲水罐一致，并根据工艺需求自动开、关各罐进出、口电动阀，投入新增蓄能器及缓冲水罐。高压空气压缩机与蓄能器的气体压力、水位进行联锁控制，自动对蓄能器补气。第三节泵组变频改造部分31控制方式泵组保留原有工频启动方式，新增3套变频控制柜，使得泵组具备工频启动、就地变频启动及调频运行、远程变频启动及调频运行三种控制方式。32控制方案高压水除鳞泵组控制系统通过PROFIBUSDP总线接收变频控制柜频率指示及远程调节运行频率，传输介质采用光纤；变频器运行状态与远程控制点通过控制电缆接入高压水除鳞泵组控制系统，该系统现有硬件设备满足此次改造要求。改造后，控制室HMI能够实时显示变频器及泵组运行状态，并且能够远程控制泵组变频运行。33管线敷设DP通讯电缆利用新建及已有桥架从新建电气室敷设至高压水除鳞泵组控制室PLC柜。第六章通风空调设施第一节概述11概述因热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造增加三台高压变频器，变频器设备散热量大，为了保证高压变频器正常工作温、湿度要求，需考虑通风降温措施。12主要设计依据民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB507362012采暖通风与空气调节设计规范GB500192003电气专业委托资料第二节设计方案根据热连轧厂对类似变频器通风降温措施考察的情况，结合电气专业提供的变频器散热量110KW，为了保证高压变频器正常工作温、湿度要求，一方面通过变频器设备自带排气管路排至室外；另外一方面在其电气室内设置2台L64（制冷量为644KW）水冷柜式空调降温处理。水冷空调冷却用水就近接入厂房内净循环供回水管。第七章土建工程第一节概述依据本院动力专业和工艺设备专业提供的相关资料，1580热轧工程高压水除鳞系统改造项目土建方案。11设计的主要数据基本风压030KN/M2冬季采暖室外计算温度0夏季通风室外计算温度33抗震设防烈度6度土壤冻结深度最大02M12设计采用的主要规范及标准（1）建筑地基基础设计规范GB500072011（2）混凝土结构设计规范GB500102010（3）砌体结构设计规范GB500032011（4）建筑结构荷载规范GB500092012（5）建筑结构制图标准GB/T501052001（6）建筑设计防火规范GB500162006（7）建筑地基基础工程施工质量验收规范GB502022002（8）砌体结构工程施工质量验收规范GB502032002（9）混凝土结构工程施工质量验收规范GB502042002（10）建筑抗震设计规范GB500112010（11）我国现行的其它有关设计规范、规程。第二节建筑与结构本工程项目按本院动力专业和工艺设备专业提供的相关资料及其要求进行。土建设计有三部分，第一部分为高压变频器室和电缆沟；第二部分为设备10立方高压蓄能器（气水灌）基础（共4个）；第三部分空压机基础和管道支架。21高压变频器室和电缆沟高压变频器室为单层框架结构，层高50米。建筑面积约3167平方米，平面尺寸为22米X14米。由于高压变频器室所处位置回填土较深，故基础底应素土夯实回填1000厚级配碎石压实系数大于096。基础为29米X29米钢筋混凝土独立柱基础，埋深15米。钢筋混凝土柱截面为350MMX400MM。钢筋混凝土梁尺寸为250MMX1200MM，梁跨度为14米。屋面为110厚钢筋混凝土不上人保温屋面。高压变频器室墙体为蒸压粉煤会砂砖眠砌。外墙面用12水泥砂浆20厚抹面，内墙面和顶棚用116水泥石灰砂浆打底16厚，刮仿瓷二遍刷白色涂料。素土夯实，80厚黄砂60厚C15素混凝土贴600X600米地面砖。窗户为1500MMX2400MM铝合金窗（共12扇