Технико-коммерческое предложение по применению частотно-регулируемых приводов на системах охлаждения Э2, Э3 четырех клетевого стана

Был обследован четырех клетевой стан ПХЛ, на предмет поиска возможности экономии электроэнергии при использовании эмульсии для охлаждения прокатного листа и выработано предложение по использованию частотно-регулируемых преобразователей (ЧРП) на станции подачи эмульсии для 4-х клетевого стана и на местах перекачки эмульсии обратно.

По технологии производства, при прокатке листа, в целях во избежания деформации металла от перегрева, для охлаждения используется эмульсия плотностью 998 кг/м3. Для подачи эмульсии и перекачки обратно применены две системы охлаждения:

Э2 — для 1,2,3 клетей:

• подача эмульсии: три электродвигателя по 200 кВт (два работают постоянно, третий резерв), каждый насос производительностью по 400 м3/час с напором 90 м.;
• перекачка эмульсии: три электродвигателя по 250 кВт (работают два постоянно, третий резерв), каждый насос производительностью по 630 м3/час с напором 90 м.

Э3 — для четвертой клети:

• подача эмульсии: два электродвигателя 200 кВт (один работает постоянно, другой резерв) — каждый насос производительностью по 400 м3/час с напором 90 м;
• перекачка эмульсии: два электродвигателя по 250 кВт (работает один, второй резерв) — каждый насос производительностью по 630 м3/час с напором 90 м.

Для выполнения технологии прокатка стали, c водоэмульсионной станции подаётся эмульсия в две системы с давлением и производительностью соответственно:

Э2 : давление — 8 кг/см2, производительность — 700 м3/час (по проекту стана — 1000м3/ч);

Э3 : давление — 8 кг/см2, производительность — 337 м3/час (по проекту стана — 320м3/ч).

Из опросных и расчетных данных по системам охлаждения видно, что:

1. Номинальная производительность и давление насосов, работающих на подачу эмульсии, значительно превышают требуемые параметры, особенно работающие на перекачку в обеих системах, а главное заданные значения практически не меняются.
2. Учитывая особенности выпускаемого сортамента (разная ширина и толщина проката) и вышесказанного, часть эмульсии пускается на слив в обход клетей 4-х клетевого стана.
3. Ввиду старой технологии производства проката, в работе стана имеются технические перерывы для перевалки или для смены рулонов стали которые занимают в среднем 75% времени (18 часов в сутки). В данное время эмульсия пускается в обход клетей стана.

Среднестатистически в месяц стан прокатывает 95000 тонн стали. Средний вес рулона составляет 25тонн. Учитывая круглосуточную работу стана, в сутки прокатывается около 136 рулонов стали со средней скоростью прокатки 2,5 минуты за рулон. Это составляет около 6 часов в сутки или 25% времени.

4. Как уже было сказано насосы перекачивающие эмульсию в верхний бак имеют более мощные характеристики чем насосы подачи, поэтому часть эмульсии перекачивается обратно в нижний бак, работая в холостую.
5. Регулирование работой системы производится с помощью клапанов, при этом происходят гидроудары, которые приводят к ускоренному износу и выходу из строя гидроарматуры и двигателей насосов (по опросу электриков периодически горят электрические двигатели на 200 кВт).

Все эти факты приводят:

• к повышенному расходованию электроэнергии,
• к повышенному расходованию ресурса механизмов системы,
• к повышенному расходованию рабочего времени механиков, наладчиков и обслуживающего персонала прокатного стана,
• к убыткам от простоя и ремонта оборудования,
• расходам на замену вышедшего из строя оборудования.

Во избежания такой не экономичной эксплуатации и повышения надежности работы систем охлаждения предлагается на эмульсионных насосах 4-х клетевого стана использование ЧРП, что даёт:

1. Возможность отказа от подачи эмульсии на клети на время перевалок и смены рулонов (18 часов).
2. Убрать гидроудары во всех системах охлаждения, за счет снижения оборотов насосов и установки предохранительных клапанов на слив в обход клети.
3. Использовать автоматическое регулирование частотой вращения электродвигателя по обратной связи от датчика давления, уровня или по заданию оператора.
4. Стабилизировать и регулировать производительность насосов в ручном режиме.
5. Выключать электродвигатель в случае: его длительной перегрузки по времени, короткого замыкания, обрыва фазы, утечки тока или перенапряжения.
6. Выключать электродвигатель или значительно снижать обороты во время технологических перерывов при смене рулонов проката. При этом насос, работая на минимальных оборотах, в кратчайшие сроки будет доведен до оборотов обеспечивающих нормальную работу системы охлаждения.
7. Обеспечить бесконтактный и плавный пуск электродвигателя насосов.
8. Увеличить межремонтный ресурс установки (износ подшипников, обмоток двигателя, автоматических выключателей, крыльчатки, сальников) за счет снижения числа оборотов.
9. Выбрать экономичный режим работы электродвигателя насосов.

В соответствии с обследованием и проведенными расчетами было установлено:

1. ЧРП подключаются к понижающему трансформатору мощностью менее 2000 кВА, поэтому входные реакторы не требуются в виду его малой мощности. Насосы расположены на удалении более 30 метров от распределительного щита, поэтому необходимо использовать только выходные реакторы.
2. Учитывая достаточно большое время, отводимое на перевалку и смену рулонов (т.е. когда эмульсия не требуется), установка ЧРП нужна на все работающие насосные агрегаты.
3. Ввиду инерционности системы охлаждения (разгон и торможение насосов за счет ЧРП) необходимо насосы оставлять включенными на малых оборотах.

Технические характеристики насосов и расчет экономической эффективности по каждой системе представлены в приложении 1,2,3. Расчеты были произведены исходя из проектной мощности системы охлаждения (проектная производительность систем Э2 — 1000м3/ч, а Э3 — 320м3/ч).

Согласно приложений №№1,2,3 произведён расчёт потребляемой и необходимой мощности электродвигателей, работающих на подачу и перекачку эмульсии в системе Э2 и Э3 четырех клетевого стана, а также выполнен расчёт экономического эффекта по потреблению электроэнергии и ресурсосбережению при использовании ЧРП, который составил 92217312 рублей в год.

При предполагаемой установке ЧРП режим работы систем охлаждения 4-х клетевого стана следующий:

Э2 — для 1,2,3, клетей:

• подача эмульсии: два электродвигателя мощностью по 200 кВт работают через 2 ЧРП на 200 кВт по сигналу обратной связи от вычислителя — давления с САПЭ или со станции подачи эмульсии, третий находится в резерве; в случае необходимости он запускается;
• перекачка эмульсии: два электродвигателя мощностью по 250 кВт работают через ЧРП на 250 кВт по сигналу обратной связи от вычислителя — давления по уровню в сливном баке.

Э3 — для 4 клети:

• подача эмульсии : один электродвигатель мощностью 200 кВт через ЧРП на 200 кВт по сигналу обратной связи от вычислителя — давления с САПЭ или со станции подачи эмульсии, другой находится в резерве;
• перекачка эмульсии: один электродвигатель мощностью 250 кВт работает через ЧРП на 250 кВт по сигналу обратной связи от вычислителя — давления по уровню в сливном баке, второй находится в резерве.

Данные режимы работы систем охлаждения Э2, Э3 выбраны исходя из-за технологии проката стали на 4-х клетевом стане.

1. Стоимость оборудования

Наименование товара	Ед. изм	Кол-во	Цена за ед. без НДС, руб.	Стоимость без НДС, руб.
Частотно-регулируемый преобразователь Pн=200 кВт; Iн=365 (А)	шт	3	500 000	1 500 000
Распределительный щит (вкл. Монтаж, аксессуары, арматура)	шт	3	450 000	1 350 000
Реактор выходной 200 кВт	шт	3	200 000	600 000
Выключатель нагрузки 400А	шт	3	30 000	90 000
Автоматический выключатель, расцеп. термомаг. 3-пол 400А	шт	3	200 000	600 000
Контактор 3-х пол. 420А	шт	3	60 000	180 000
Датчик давления до 800С(Н=0-1 бар), с установкой нуля, IP65 фирмы	шт	2	20 000	40 000
Частотно-регулируемый преобразователь Pн=250 кВт; Iн=479 (А)	шт	2	600 000	1 200 000
Распределительный щит (вкл. монтаж, аксессуары, арматура)	шт	2	500 000	1 000 000
Реактор выходной 250 кВт	шт	2	300 000	600 000
Выключатель нагрузки 500А	шт	2	50 000	100 000
Автоматический выключатель, расцеп. термомаг. 3-пол 400А	шт	2	80 000	160 000
Контактор 3-х пол. 550А	шт	2	300 000	600 000
Датчик давления до 800С(Н=0-1 бар), с установкой нуля, IP65 фирмы	шт	2	20 000	40 000
Итого без НДС: 8 060 000 руб.

2. Общая стоимость оборудования составляет 8 060 000 руб., без НДС.
3. Стоимость проектных, монтажных и пусконаладочных работ сопоставима с оборудованием и равна около 8 000 000 руб., без НДС.
4. Условия оплаты:
5. Форма оплаты:
6. Срок поставки
7. Доставка оборудования
8. Срок гарантии на оборудование

В итоге суммарные затраты на оборудование, проектные, монтажные и пусконаладочные работы составят:

8 060 000 руб. + 8 000 000 руб. = 16 060 000 руб. в год

ВЫВОД: Затраты на внедрение составят 16 060 000 рублей. Эффект от внедрения по сэкономленному электричеству и ресурсу сбережения 92217312 руб. в год. Соотношение затрат к эффективности 16 060 000 руб. / 92 217 312руб. равно 0,17. Это 2 месяца. Данное предложение требует внедрения. Если взять кредит на реализацию на год и при учёте, что выполнен проект и предложение будет реализовано за 8 месяцев, данный проект “отбивается” за год без потерь перед банком.

В приложении №4 представлена однолинейная схема для подключения РПЧ к основному и резервному электродвигателю. Типовая однолинейная схема, один двигатель — один ЧРП, не представлена.

Приложение №1

Расчет потребляемой мощности электродвигателей, работающих на подачу и перекачку эмульсии в системе Э2 и Э3 четырех клетевого стана

Исходные данные:

U= 380 B., U= 380 B., КПД двигателя ${\eta }_{\mathrm{дв.}}=0.9$ , КПД насоса ${\eta }_{\mathrm{нас.}}=0.8$ , ${\rho }_{\mathrm{эмул}}=\mathrm{998\; кг\; /}{м}^3$

Система подачи Э2: $$P_{\mathrm{эл.дв.под.}}=\mathrm{200\; кВт}$$	Система перекачки Э2: $$P_{\mathrm{эл.дв.под.}}=\mathrm{250\; кВт}$$
$$\mathrm{Ном.\; расх.}=400{м}^3\mathrm{/\; ч}$$	$$\mathrm{Ном.\; расх.}=630{м}^3\mathrm{/\; ч}$$
Ном. напор = 90 м	Ном. напор = 40 м
$$I_{\mathrm{ном.\; 1}}/I_{\mathrm{потреб.\; 1}}=\mathrm{340A\; /\; 320A}$$	$$I_{\mathrm{ном.\; 1}}/I_{\mathrm{потреб.\; 1}}=\mathrm{479A\; /\; 330A}$$
$$I_{\mathrm{ном.\; 2}}/I_{\mathrm{потреб.\; 2}}=\mathrm{340A\; /\; 360A}$$	$$I_{\mathrm{ном.\; 2}}/I_{\mathrm{потреб.\; 2}}=\mathrm{479A\; /\; 360A}$$
$$I_{\mathrm{ном.\; 3}}/I_{\mathrm{потреб.\; 3}}=\mathrm{340A\; /\; 260A}$$	$$I_{\mathrm{ном.\; 1}}/I_{\mathrm{потреб.\; 1}}=\mathrm{479A\; /\; 330A}$$
Средний расход эмульсии $${\theta }_{\mathrm{нас.под.}}=\mathrm{400\; —\; 700}{м}^3\mathrm{/\; ч}\left(\mathrm{проект}1000{м}^3\mathrm{/\; ч}\right)$$
Требуемый напор = 8 кг / см2	Требуемый напор = 4 кг / см2
Постоянно включено два насоса	Постоянно включено два насоса
Система подачи Э3:	Система перекачки Э3:
$$I_{\mathrm{ном.\; 1}}/I_{\mathrm{потреб.\; 1}}=\mathrm{340A\; /\; 270A}$$	$$I_{\mathrm{ном.\; 1}}/I_{\mathrm{потреб.\; 1}}=\mathrm{379A\; /\; 280A}$$
$$I_{\mathrm{ном.\; 2}}/I_{\mathrm{потреб.\; 2}}=\mathrm{340A\; /\; 270A}$$	$$I_{\mathrm{ном.\; 2}}/I_{\mathrm{потреб.\; 2}}=\mathrm{379A\; /\; 280A}$$
Средний расход эмульсии $${\theta }_{\mathrm{нас.под.}}=337{м}^3\mathrm{/\; ч}\left(\mathrm{проект}320{м}^3\mathrm{/\; ч}\right)$$
Постоянно включен один насос	Постоянно включен один насос

1. Расчет мощности электродвигателей работающих на подачу эмульсии в системе Э2 (работа 2-мя электродвигателями — 80% в год, всеми 3-мя — 20% в год).
$$P_{\mathrm{эл.дв.под.1.}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{320А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{189\; кВт\; ;}$$ $$P_{\mathrm{эл.дв.под.2.}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{260А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{153\; кВт\; ;}$$ $$P_{\mathrm{эл.дв.под.3.}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{260А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{153\; кВт\; .}$$

Расчет общей усреднённой мощности электродвигателей на подачу эмульсии в системе Э2

$$P_{\mathrm{общ.под.Э2}}=(189+153+153)*\mathrm{0,2}+(189+153)*\mathrm{0,8}=\mathrm{372,6\; кВт}$$
2. Расчет мощности электродвигателей работающих на перекачку эмульсии в системе Э2
$$P_{\mathrm{эл.дв.пер.1.}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{330А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{195.2\; кВт\; ;}$$ $$P_{\mathrm{эл.дв.пер.2.}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{360А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{213\; кВт\; ;}$$

Расчет общей энергии на перекачку эмульсии в системе Э2

$$P_{\mathrm{общ.пер.Э2}}=\mathrm{195,2}+213=\mathrm{408,2\; кВт}$$
3. Расчет мощности электродвигателей работающих на подачу эмульсии в системе Э3
$$P_{\mathrm{эл.дв.под.Э3}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{270А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{160\; кВт\; ;}$$
4. Расчет мощности электродвигателей работающих на перекачку эмульсии в системе Э3
$$P_{\mathrm{эл.дв.под.Э3}}=\mathrm{1,73}*\mathrm{280А}*\mathrm{380В}*\mathrm{0,9}=\mathrm{166\; кВт\; ;}$$
5. Расчет общей потребляемой мощности электродвигателей в системе охлаждения стана
$$P_{\mathrm{общ.}}=\mathrm{372,6}+\mathrm{408,2}+160+166=\mathrm{1107\; кВт}$$

Приложение №2

Расчет необходимой мощности электродвигателей для подачи и перекачки эмульсии в системах охлаждения Э2 и Э3 с помощью ЧРП

1. Расчет необходимой мощности для электродвигателя подачи эмульсии системы Э2 с использованием ЧРП осуществляется по формуле
$$P_{\mathrm{эл.дв.}}=\frac{N_{\mathrm{нас}}}{{\mathrm{КПД}}_{\mathrm{эл.дв.}}},\; гдеN_{\mathrm{нас}}=\frac{\mathrm{\theta \; *\; Н\; *\; \rho \; *\; q}}{3600*{\eta }_{\mathrm{эл.дв.}}*{\eta }_{\mathrm{нас}}*{\eta }_{\mathrm{чрп}}}$$
$$Q_{\mathrm{необх.}}=\mathrm{1000\; *\; 0.25}=250{м}^3\mathrm{/\; ч};N_{\mathrm{нас.\; под.Э2}}=\frac{\mathrm{250\; *\; 80\; *\; 998\; *\; 9.8}}{\mathrm{3600\; *\; 0.8\; *\; 0.9\; *\; 0.96}}=\mathrm{78.6\; кВт};P_{\mathrm{эл.\; дв.\; под.Э2}}=\frac{\mathrm{78,6}}{0.9}=\mathrm{87,3\; кВт}.$$
2. Расчет необходимой мощности для электродвигателей перекачки эмульсии системы Э2 с использованием ЧРП
$$N_{\mathrm{нас.\; пер.Э2}}=\frac{\mathrm{250\; *\; 40\; *\; 998\; *\; 9.8}}{\mathrm{3600\; *\; 0.8\; *\; 0.9\; *\; 0.96}}=\mathrm{39.3\; кВт};P_{\mathrm{эл.\; дв.\; пер.Э2}}=\frac{39.3}{0.9}=\mathrm{43.7\; кВт}.$$
3. Расчет необходимой мощности для электродвигателей подачи эмульсии системы Э3 с использованием ЧРП и учётом 25% полезной работы стана:
$$Q_{\mathrm{необх.}}=\mathrm{320\; *\; 0.25}=80{м}^3\mathrm{/\; ч};N_{\mathrm{нас.\; под.Э3}}=\frac{\mathrm{80\; *\; 80\; *\; 998\; *\; 9.8}}{\mathrm{3600\; *\; 0.8\; *\; 0.9\; *\; 0.96}}=\mathrm{22.4\; кВт};P_{\mathrm{эл.\; дв.\; под.Э3}}=\frac{22.4}{0.9}=\mathrm{24.8\; кВт}.$$
4. Расчет необходимой мощности для электродвигателей перекачки эмульсии системы Э3 с использованием ЧРП
$$N_{\mathrm{нас.\; пер.Э3}}=\frac{\mathrm{80\; *\; 40\; *\; 998\; *\; 9.8}}{\mathrm{3600\; *\; 0.8\; *\; 0.9\; *\; 0.96}}=\mathrm{11.2\; кВт};P_{\mathrm{эл.\; дв.\; пер.Э3}}=\frac{11.2}{0.9}=\mathrm{12.4\; кВт}.$$
5. Расчет общей необходимой мощности для электродвигателей систем Э2 и Э3 с использованием ЧРП
$$P_{\mathrm{общ.чрп.Э2иЭ3}}=\mathrm{87,3\; +\; 43,7\; 24,8\; 12,4}=\mathrm{168,2\; кВт}$$

Приложение №3

Расчет экономического эффекта по потреблению электроэнергии при использовании ЧРП

1. Общий эффект по потреблению электроэнергии при использовании ЧРП
$${\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{чрп.год}}=P_{\mathrm{общ.}}—P_{\mathrm{общ.чрп.}}=\mathrm{1107\; —\; 168.2}=\mathrm{939\; кВт}$$
2. Экономический эффект по потреблению электроэнергии при использовании ЧРП с учетом проведения регламентных работ (два дня в месяц) экономия электричества за год будет равна
$${\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{чрп.год}}={\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{чрп.}}*8184=\mathrm{7\; 684\; 776\; кВт\; в\; год},\text{где 8184 рабочих дней в году}$$
3. С учетом стоимости единицы электроэнергии для промышленного производства раной 8 рублям
$${\mathrm{\Delta P}}_{\mathrm{чрп.год}}=\mathrm{7\; 684\; 776}*8=\mathrm{61\; 478\; 208\; руб.\; в\; год}.$$

В соответствии с методическими материалами, выпущенными по АО «ВНИИЭ» и принятых РАО «ЕЭС России» и АОэнерго, коэффициент ресурсосбережения при использовании частотно-регулируемых приводов принят равным половине коэффициента энергосбережения.

Таким образом, экономия ресурсов при использовании ЧРП составит:

61478208 руб./2=30739104 руб. в год

В целом при использовании ЧРП на электродвигателях эмульсионных насосов 4-х клетевого стана экономический эффект составит:

61478208 руб. + 30739104 руб. = 92217312 руб. в год

ВЫВОД: Целесообразно установить ЧРП на все работающие насосные агрегаты охлаждения Э2 и Э3.

Приложение №4

Рис.1 Линейная схема работы ЧРП на основной и резервный двигатель