摘要：在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。文章介绍了变频调速技术，同时从流体力学及泵的特性曲线与管路特性曲线两个方面分析了变频调速器的节能原理，并给出了变频调速器在磷复肥生产中的实际应用。

关键词：变频调速器；磷复肥生产；调节阀；变频调速技术；节能原理 文献标识码：A

中图分类号：TQ126 文章编号：1009-2374（2015）09-0067-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0789

在磷复肥的生产过程中，为了保证产品的品质和产量，减轻操作人员的劳动强度，需要对温度、压力、流量、物位等参数进行自动控制。传统的自动控制通过调节阀门的开度进行控制。这类控制使得风机、泵类等设备大部分时间处于非满负荷运行，造成大量能量的浪费。同时在磷复肥的生产过程中介质的强腐蚀、易结垢、易结晶等特性，导致调节阀的投用和维护很困难，由此造成磷复肥生产的自动化水平很难提高。采用变频调速器对风机、泵类进行控制，不仅节约了能量，而且提高了控制系统的控制精度和可调比，提高了磷复肥生产的自动化水平。

1 变频调速技术

在交流异步电动机的各种调速方法中，变频调速性能优良，效率高。通过对电动机进行变频调速改造，可以降低系统能耗、优化系统的整体性能，同时节约资源，减少环境污染、优化工作环境等，具有良好的社会经济效益。变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性、系统的安全可靠性和延长设备使用寿命等优点而成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。

变频调速技术的基本原理是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速。异步交流电动机的输出转速与输入频率的关系如下：

式中：

n——电动机的输出转速

f——输入电动机的电源频率

s——电动机的转差率

p——电动机的极对数

电动机一旦购买，转差率s、极对数p均不可变，只有改变输入电动机的电源频率f，才可改变电动机的输出转速n。

2 变频调速器的节能原理

在磷复肥的生产过程中多使用离心泵输送液体。当采用调节阀进行调节泵流量时，电机的输出功率会被大量消耗在调节阀的截留过程中。当采用变频调速器调节流量时，根据流体力学理论可知：

即泵的流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的三次方成正比。因此可得出各项数据如表1所示：

表1 流量、转速、扬程、功率的相对关系

流量（Q） 转速（n） 扬程（H） 功率（P）

100 100 100 100

90 90 81 72.9

80 80 64 51.2

70 70 49 34.3

60 60 36 21.6

50 50 25 12.5

由表1可知：当流量减少到80%时，转速下降到80%，扬程下降到64%，功率下降到51.2%；当流量减少到50%时，转速下降到50%，扬程下降到25%，功率下降到12.5%，可节约87.5%的能量。

从离心泵的特性曲线和管路特性曲线可知，两条曲线的交点，即为离心泵的工作点。在该点，泵的效率最高。当工艺要求流量、压力发生变化时，就需要改变工作点。改变工作点的方法有两种：一是改变管路特性曲线；二是改变泵的特性曲线。通过改变管路特性来改变工作点，是通过调节调节阀的开度来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法人为增大管路阻力，使相当一部分电能转换为机械能消耗在调节阀阀芯的阻力上，浪费大量电能。通过改变泵的特性曲线，是通过变频器来改变泵的转速来实现流量的控制，从而改变工作点。该方法节省了能量。具体分析如下。

离心泵的流量（Q）与扬程（H）的特性方程如图1所示：

图1 离心泵特性曲线

图中n1表示离心泵在额定转速为n1时的特性曲线，n2表示离心泵降速运行在n2时的特性曲线，S1表示未采用调节阀的管路特性曲线，S2表示采用调节阀管路特性曲线。Q1、Q2、H1、H2分别表示在两种工况下的流量、压力。由图1可知，在额定转速n1和未采用调节阀调节流量时，离心泵的功率正比于AH1OQ1所围面积。当工况发生变化时，通过调节阀调节流量时，离心泵功率正比于BH3OQ2所围面积，而采用变频调速器调节流量时，离心泵功率正比于CH2OQ2所围面积。由此可知，采用变频调速器调节，可以节约能量。变频调速器节能主要由两部分组成：一部分是节约用来克服调节装置阻力而损失的能耗；另一部分是克服因阻力调节而引起的风机或泵的效率减小而造成的能耗损失。

3 变频调速器在磷复肥生产中的实际应用

磷复肥的生产过程的介质具有强腐蚀性、易结垢、易结晶等特性，采用调节阀或阀门，会使阀前管道结垢堵塞更严重。若采用变频调速器取代调节阀，避免与工艺介质直接接触，具有无腐蚀、无冲蚀等优点，同时简化了控制系统结构，提高了控制系统的控制精度和可调比。

3.1 6×104t/a半水-二水湿法磷酸流量、流位等14个调节回路改用变频调速器

该公司引进挪威罗什海角公司的生产工艺，原设计全部采用费希尔公司生产的气动调节阀进行参数控制。因介质腐蚀性大，易结垢、堵塞、摩擦大，造成调节阀维护工作量大，管道堵塞严重，造成调节阀维护工作量大、管道堵塞严重。用变频调速器替代调节阀后，生产控制良好，维护管理费用大幅度降低。PID参数的整定采用智能调节器的专家自整定功能或人工凑试法整定。改用变频调速器后，该装置的清管周期由原来的3天延长为7天，产量由1×104t/a提高到7.5×104t/a，每吨磷酸消耗磷矿由4.2t降为3.7t，硫酸消耗由3.2t降为2.6t，仪表的备件消耗由37万元/年降为13万元/年。

图2 磷酸装置调节回路的改造

3.2 2.4×105t/a DAP装置、1×105t/a NPK装置的流量控制回路

该公司引进西班牙英壳儿公司管式反应器，并在后期修改了英壳儿公司的初始设计，将进管式反应器的磷酸和预中和槽进造粒机的DAP料浆流量调节阀改为变频调速器控制，生产的产品成分稳定，粒度均匀，色泽较好。PID参数整定为比例放大倍数Kc=0.5，积分时间I=10s，微分时间D=3s。

图3 DAP、NPK装置的流量控制回路

4 结语

在磷复肥的生产过程中，采用变频调速器替代调节阀，可以节省能源，简化控制操作系统，减少仪表的使用量，提高磷复肥生产的自动化水平。直接和间接的经济效益非常显著，有必要在磷复肥生产装置中大力

推广。

参考文献

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[2] 陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3] 杨育宏，王红艳.变频调速节能控制分析[J].电力学报，2006，21（3）.

[4] 李永东.交流电机数字控制系统[M].北京：机械工业出版社，2002.

作者简介：胡嘉伟（1973-），男，湖北武汉人，贵州开磷集团矿肥有限公司工程师，研究方向：电子技术。

（责任编辑：秦逊玉）