循环水泵电动机在冷备用状态下机身温度异常的分析及处理_潘玉成.pdf

氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月作者简介:潘玉成(1984)，男，助理工程师，主要从事煤化工工作;wuxiaoping2 163com循环水泵电动机在冷备用状态下机身温度异常的分析及处理潘玉成，曲杰，徐开峰(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州277527)摘要:介绍了循环水泵电动机的冷却方式，以及主电动机和辅助冷却风机的控制原理。针对循环水泵电动机在设备冷备用(停机)状态下，机身温度异常的情况，分析热量产生和散发的关系，从而找出导致循环水泵电动机温度异常的原因。从电气联锁和操作规程两方面着手，制定相应处理措施，解决了循环水泵电动机在冷备用状态下机身温度异常的问题，保证了醋酸生产系统的安全稳定运行。关键词:循环水泵;电动机;冷备用;温度异常中图分类号:TQ44141文献标志码:B文章编号:2096-3548(2023)02-0041-03DOI:1019910/jcnkiISSN2096-3548202302015兖矿鲁南化工有限公司醋酸生产系统装置年产量为 100 万 t，循环水系统为醋酸生产装置的核心设备 反应釜提供冷却水。冷却水的供给强度不仅影响产品的质量，还影响整个生产系统的安全稳定运行。为了满足生产系统冷却用水的需求，醋酸循环水系统由 4 台循环水泵供给，单台循环水泵的体积流量为 6 200 m3/h。由于循环水泵带负荷较重，所以要求循环水泵具有较大的泵体容积和输出转矩。4 台循环水泵均由额定电压等级为 6 kV、额定功率为 1 400 kW、极数为 10 的高压异步电动机驱动。1循环水泵电动机的冷却方式相同功率的异步电动机，极数越多，需要的定子槽数就越多，定子铁心直径就越大，电动机的体积和质量就越大，实际的铁损和铜损也越大，导致电动机效率降低，线圈的发热量增大，机身温度升高。当发热量与散热量相等，即达到平衡状态时，温度不再上升;当发热量增加或散热量减少时，平衡被破坏，温度会继续上升，在另一个较高的温度下达到新的平衡。电动机机身温度升高时，若没有及时采取有效措施，可能导致电动机超温运行，加速线圈绝缘老化速度，降低绕组绝缘等级，大大缩短电动机的使用寿命1。为有效降低循环水泵电动机发热和散热的平衡温度，避免造成热量积聚，循环水泵电动机采用了 IC86W 的冷却方式，即同时具备水冷却功能和强制风冷却功能。强制风冷却功能是在主电动机前后端外部各安装 1 台功率为 4 kW 的独立辅助散热风机电动机，该电动机轴伸端的风扇安装于主电动机内部，辅助散热风机电动机驱动主电动机内部的风叶旋转，加速主电动机腔体内部的空气循环流动，加速向水冷器和外部环境的热量传递。水冷却功能是冷却水流入安装于电动机上部的水冷器吸热片，吸收电动机内部热量后流出水冷器，水冷功能的重点是对电动机的主要发热部位(定子及绕组)进行冷却，带走大部分热量，大大加强电动机的散热效果2。由于水的热容量远大于空气的热容量，水冷却是电动机散热冷却的主要功能，相比于空气冷却，水冷却的散热效果可提高 10 倍以上。2主电动机在冷备用状态下机身温度异常的分析循环水泵主电动机为 6 kV 高压电动机，其一、二次回路位于高压开关站内;2 台辅助散热风机电动机为 380 V 低压电动机，其一、二次回路位于现场控制箱内。辅助散热风机电动机控制原理见图 2。按下箱体上的启动按钮 SB12，控制回路接通，运行指示灯 H 亮，辅助散热风机电动机运14氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月图 1循环水泵电动机剖面示意图行;按下停止按钮 SB11，控制回路断开，停止指示灯 HG 亮，辅助散热风机电动机停止运行，该回路通过热继电器 F 对散热风机电动机进行保护。FU熔断器;KM接触器。图 2辅助散热风机电动机控制原理图主电动机的控制回路位于高压配电所内的开关柜内，操作柱安装于辅助散热风机电动机控制箱附近，操作柱上的启动按钮和停止按钮均为常开触点，按下操作柱启动按钮 SB22，合闸回路接通，双位置继电器合闸线圈得电，主触头闭合，主电动机运行;按下 SB21，分闸回路接通，双位置继电器 HHJ 分闸线圈得电，主触头分闸，主电动机停车(见图 3)。SA转换开关;SB21停止按钮;SB22启动按钮;YHJ遥控合闸继电器;YTJ遥控跳闸继电器;HBJ合闸保护继电器;TBJ跳闸保护继电器;YC合闸线圈;HHJ双位置继电器;S8、S9断路器内部触点。图 3主电动机控制原理简图因为主电动机和辅助散热风机电动机的电源和启停控制方式不同，所以主电动机的启停操作和24氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月辅助散热风机电动机的启停操作是独立的。在循环水泵电动机启停时，主电动机与辅助散热风机电动机必须按照正确的操作顺序进行启动和停止。按照设备运行操作规程规定，循环水泵的启动顺序为:主电动机启动之前先启动辅助散热风机电动机，待辅助散热风机电动机运行稳定后，再启动主电动机。循环水泵的停止顺序为:先停主电动机，待停止运行之后，再停止辅助散热风机电动机。循环水泵泵房环境温度约为 35，电动机在正常运行时，主电动机机身温度保持在 65，温度正常。因工艺需要，对其中 1 台循环水泵电动机停车，转为冷备用状态。根据经验，在电动机停止运行 8 h 后，主电动机机身温度即可降低至环境温度。然而实际情况为在主电动机停运 7 d后，测量机身温度为 60，略低于运行状态下的温度，未降低至环境实际温度，即主电动机在冷备用状态下的机身温度偏高。经分析，产热和散热存在异常。检查发现，主电动机停止运行后，现场操作人员立即将水冷器进出口阀门关闭。冷却水切断后，主电动机线圈产生的热量未能被及时带走，切断了热量散发的主要途径;同时，主电动机虽然停运，但是辅助散热风机电动机却未停止。辅助散热风机电动机在运行时也会产生热量，所产生的热量和主电动机残余热量叠加后无法通过水冷器有效地传递出去，只能通过电动机外壳与外界环境进行热量交换，大大降低了热量散发效率。在这种情况下，辅助散热风机电动机产生的热量和与外界散发的热量达到一种平衡状态，即在循环水泵电动机机身温度为 60 时，达到产热和散热平衡，致使循环水泵电动机机身温度保持在较高水平。导致循环水泵电动机机身温度居高不下的原因有以下 2 点:(1)辅助散热风机电动机仍在连续不断地产生热量，热源未消除;(2)水冷器进出水阀门关闭，热量的散发路径被阻断，无法有效散热。所以，只要解决以上 2 个原因，就可以解决循环水泵电动机机身温度在冷备用状态下异常的现象3-4。3处理措施(1)消除热源。采取技术措施，增加控制回路电气联锁功能，实现在主电动机停止运行的同时，辅助散热风机电动机自动停止运行。主电动机操作柱和辅助散热风机电动机控制箱都安装于现场，且位置较近，对辅助散热风机电动机控制回路进行改造，见图 4。QF1小空开;KA中间继电器。图 4辅助散热风机电动机控制回路改造原理图主电动机通过现场操作柱进行启停控制，停止按钮为常开单触点，将其替换为常开双触点按钮，即 SB21 为停止按钮新增的 1 组常开触点，该常开触点通过控制电缆引至辅助散热风机电动机控制箱内，通过中间继电器 KA，实现主电动机和辅助散热风机电动机的联锁停车功能。按下操作柱停止按钮 SB21，控制回路接收到停止信号，主电动机停止运行;同时，辅助散热风机电动机控制箱内的中间继电器 KA 线圈得电，其常闭点 KA断开，接触器 KM 释放，辅助散热风机电动机也停止运行。通过电气联锁功能，实现了主电动机和辅助散热风机电动机同时停车的功能，即主电动机停止运行后，辅助散热风机电动机也停止运行，辅助散热风机电动机线圈不再产生热量，消除了热源。(2)保持水冷器进出口水阀门开启，并加快冷却水流速。在水冷器进出口水阀门上悬挂“禁动”标识牌，修改操作规程，执行阀门操作记录制度，提醒操作人员在阀门操作时，保证冷却水的畅通，进行有效散热。(下转第 48 页)34氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月图 6更换后激冷罐水冷壁内件下降。(2)正常情况下，激冷罐液位控制在 40%左右。随着泥状物沉积并在液位计根部积累，冲洗效果较差时，液位计测量值漂移显示错误，若不能够准确判断，会加剧泥状物积累。(3)随着激冷罐内部泥状物积累，合成气经过水浴后，阻力增加，导致系统压力上升，总压差上涨。(4)原煤灰分变化。正常情况下入炉煤灰分质量分数在 20%以内，当配煤不均或者来煤灰分质量分数增大时，合成气带灰量增加，同等饱和水浴下，会导致洗涤效果下降，泥状物增加，进而积泥。(5)来自激冷罐的水浊度过高，水质变差，洗涤效果下降，泥状物碰撞而积累。对此可以采取以下处理措施:(1)确保入炉煤灰分质量分数稳定在 20%以内，当灰分质量分数增加时，洗涤水量和外排量做好动态调整，减少泥状物在激冷罐内的沉积。(2)应经常动作外排量，严禁固定阀位不变，激冷罐液位远传和现场液位计需要经常调校，以确保液位显示准确。(3)保证入激冷罐的水质稳定，浊度合格。4结语通过不断地技改和运行优化，至 2021 年底，实现五环炉 A 级安全稳定运行 288 d，最高运行负荷为 102%。激冷罐运行比较平稳，积泥情况明显改善，为五环炉装置的安全稳定长周期运行提供了技术支撑。参考文献 1张宗飞，夏昊，徐才福，等 新型五环炉干粉加压气化工艺及开车总结 J 化肥设计，2015，53(2):12-16 2侯刘涛 WHG 干粉煤气化炉长周期运行研究J 化肥设计，2021(2):39-41 3杜孟洪，付永杰 WHG 煤气化 CO 变换装置问题分析及改造 J 氮肥与合成气，2017，45(4):15-17 4陈磊 五环炉水系统稳定性运行研究与应用J 氮肥与合成气，2020，48(10):8-11(收稿日期2022-01-06)(上接第 43 页)4结语采取上述 2 项处理措施后，循环水泵电动机在冷备用状态下，机身温度达到室温。通过改造，不仅解决了因操作人员遗忘操作步骤，造成辅助散热风机电动机持续运行，进而降低了循环水泵电动机冷备用状态下机身温度异常的问题，而且还降低了辅助散热风机电动机因长期运行产生不必要的用电量浪费，节省了电费。同时，根据温度与寿命的关系，电动机绕组温度每降低 8 K，其使用寿命可延长 50%，大大降低了设备折损率，保证了循环水泵电动机的长周期安全稳定运行。参考文献 1王伟 浅谈电气自动化技术在电气工程中的应用J 黑龙江科技信息，2013(36):24 2韩伟，雷彬，李治源，等 电机类装置冷却方式综述J装备制造技术，2009(9):116-118 3江超，乔洁，马辉 尿素循环水系统无动力降温优化J氮肥与合成气，2017，45(4):23-24 4邓永新，李成义，郭士才，等 同步电动机散热通风系统的改进J 氮肥与合成气，2017，45(8):14-15(收稿日期2022-04-11)84