UPS在液化天然气(LNG)项目控制系统(DCS)系统中的选择及应用

随着经济的快速发展,清洁能源已经成为世界各国主要研究发展目标。LNG(液化天然气)的出现,正逐渐改变着城市居民的工作和生活方式。在液化天然气工艺中,DCS自动化控制起着非常重要的主导作用。下图为陕西靖边星源实业有限公司年产150万吨液化天然气项目装置。

石油化工生产装置中的生产流程高度自动化生产,往往只需要2-3个人即可操作年产100-200万吨液化天然气的生产,DCS系统被广泛采用,从而,对供电系统的质量及可靠性提出了更高的要求。一个大型的连续运行的生产线除了需要选择先进可靠的设备及控制系统(DCS)之外,还有一个不可忽视的条件就是为其提供可靠的不间断电源作为运行的保障。由于人们往往过于重视DCS系统的选择而忽视了电源保护系统。由此造成因DCS供电质量差而使生产中断的事故曾有发生。


一、DCS控制系统 - 简介

针对不同行业、不同项目,在充分调查了计算机技术、网络技术、应用软件技术、信号处理技术的基础上,使用各种分散控制系统(DCS),高质量、高标准的完成工程设计、组态、成套供货、现场启动调试、性能测试及考核验收,推出切实可行的技术方案。

DCS控制系统基本包括 模拟量控制系统(MCS),顺序控制系统(SCS),汽机DEH系统,电气ECS系统,旁路控制系统BCS系统。整个系统的可利用率至少为99.9%;系统平均无故障时间为10万小时,实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。


二、UPS 的选用  
    UPS(Uninterruptible Power Supply) 即静态交流不停电电源装置,它是一种高质量、高稳定性的独立电源,是由可控硅整流器、逆变器、交流静态开关和蓄电池组等组成。由于供电频率稍有变化和波形的畸变,将会严重干扰DCS 正常运行,因此要求选用高质量、高稳定度且切换时间短的UPS 系统。


1、容量的选择 

A、UPS 容量的选择

UPS 的容量应根据DCS 系统的耗电量来选择,一般DCS 耗电量为UPS 额定电功率的60 %~70 %。(从安全和使用寿命考虑我们推荐≦50%)

B、电池容量的选择

电池容量根据工艺要求及DCS 所需供电时间来选择,而电池供电时间与负载使用功率有关。图4为电池各种容量供电时间与负载使用功率对照曲线图,可作为电池容量选择的参考。

图1. 电池各种容量供电时间与负载使用功率对照曲线图


三、UPS规格和形式的选择

A、UPS设备和DCS系统在电气功能性考虑根据负载的多样化要求而不同.有单一的交流输出和交流、直流输出两种,其输出电压也可根据负载的不同而不同,在设计阶段就要提出。根据负载的数量和功率在UPS终端增加一台配电柜以适应负载的需要。

B、在形式上,考虑机房的整体性和接线的要求,可以统一设备尺寸、颜色和面板形式,把UPS主机、旁路配电柜、电池柜设计成三合一形式。在延时时间上可以选择30分钟,60分钟甚至更长时间免去柴油发电机的配置(厂房和油库),既节约投资又省去了管理柴油发电机的麻烦(易燃物品储存)和噪音.如图,右图为在机房的排列。

C、UPS电源单机的平均无故障工作时间(MTBF)

大量的UPS电源运行实践表明:所选用的UPS电源单机的额定输出功率越大,它的可靠性也越高(MTFB值越大)UPS电源单机的额定输出功率越大,每KVA的平均价格也越低、配电系统所用的电缆数量越少。因此,当我们在规划、设计DCS机房时,应尽可能地选用单台大容量UPS电源和釆用集中供电设计方案。这是因为它具有较好的性价比的缘故。

o0.7--10kVAUPS电源的MTBF=4--10万小时; 

o15--40KVAUPS电源的MTBF=9--22万小时; 

o50--1000KVAUPS电源的MTBF=20--40万小时。

上海泰高系统科技有限公司的Vprime-Alco系列UPS功率从10KVA-40KVA的MTBF大于等于30万小时,领先于国内水平。

D、UPS的备份

为防止在一些极为重要的工艺流程中,由于可能的外部电源故障(地震、雷击、飓风)可能造成的巨大安全(火灾、化学污染、爆炸)隐患而导致的巨大经济损失,要提高安全系数就必须采用备份UPS电源双机备份。在一台UPS工作时另一台处于充电待工作状态。在这组设备中为节约成本可以双机共用一组电池。目前,在机场、高铁、地铁的信号控制系统和数据中心数据存储都采用1+1、2+1安全模式。

图3  1+1模块并机UPS系统电路图

E、普通UPS的配置

在一些比较好的工作环境和不太重要的楼宇一般采用工厂提供的标准机器和电池柜。具体尺寸由制造商根据业主要求配制。


F、新型绿色节能UPS(ECO)旁路优先功能,效率可达98%。


上图为上海泰高系统科技有限公司采用意大利全进口的零件和技术组装的Vprime-Auriga系列60KVA机器。

UPS电源工频机和高频机的区别,目前的国家和国际标准中没有对此进行定义,在国外也不使用这种叫法,这只是在国内使用的一个非标准的名称。通俗的讲,就是含有逆变器输出变压器的UPS称为工频机,没有逆变器输出变压器的UPS就是高频机。高频机通常采用IGBT进行高频开关整流,同时完成功率因数校正的功能。而工频机都是采用晶闸管进行全控桥整流,对电网具有较大的谐波污染。高频机因为没有了输出变压器,节省了资源、减轻了重量、提高了效率,是节能环保的机型,也是发展的趋势。同样规格的UPS价格较有逆变器输出变压器价格便宜四分之一。世界上主要的UPS厂家都推出大功率的高频机。

G、UPS的经济价值:

在采购UPS时人们往往考虑它的单机成本,殊不知采购UPS的成本和整个项目的投入成本是以20-30万的投入保障6-10个亿的设备安全,及在电源故障而引起的上百万的经济损失.因此,在采购UPS时考虑机器所组装的元器件应是世界知名品牌,及在中国的市场占有量防止以后维修和更换配件的后顾之忧。

H、工程经验也是很重要的一环。由于LNG项目的特殊性我们的工程师和业主的沟通和实践积累了许多的经验,并加以改进。因此在目前我们提供在运行的设备无一故障给业主采购我们的产品给与了信心。



四、UPS的安装和维护


UPS是一种对环境要求比较高的设备,电池在25℃温度时工作最稳定和寿命最长。UPS不间断电源会受到温度以及使用环境的影响,温度一旦高于或者是低于它自己本身的适应温度就会出现种种的症状,最适应的温度是5摄氏度到50摄氏度之间,在这个范围内绝对能够正常安全有效的运行。


设备应安装在仪表机房内,不要在灰尘较大的地方使用,不要在阳光直射或者是比较潮湿的环境中使用,不要让UPS时时刻刻处于满载或者是空载的状态,最好是能够负载20%到80%之间,如果超出或者是高于都会对于产品和设备不利


设备的维护也很重要,应该每年对系统进行一次检测、维护。我们上海泰高系统科技有限公司在设备的质保期间(18个月)免费对设备进行检测和维护。由于设备维护时需要停电,因此,使用单位可以结合其它设备检修时同时预约(提前7天)我们安排维护。质保期以外可以有偿服务。如设备较多,我们可以免费培训使用单位的技术人员进行日常维护,协助购买维护所用的仪器工具。                                                                                    

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2013-08-22

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