一、引言
在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中, 電動機是應(yīng)用最廣和數(shù)量最多的電氣設(shè)備之一, 其大部分是風(fēng)機、水泵類負(fù)載。早期設(shè)計的煉化裝置機泵設(shè)備一般未考慮使用變頻器, 但是也并非所有機泵設(shè)備都適合使用變頻器。首先要考慮工藝要求的功能, 其次是經(jīng)濟效益。一般而言, 風(fēng)機、水泵類負(fù)載大多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來設(shè)計選型的,都留有10% 以上的余量。此外, 隨著生產(chǎn)裝置加工量、物料性質(zhì)等工況的變化, 實際需求功率也產(chǎn)生變化, 流量、液面、壓力等工藝參數(shù)經(jīng)常隨工況的改變而改變。實際應(yīng)用中, 風(fēng)機、水泵大部分工作時間并非處于滿負(fù)荷運行狀態(tài), 原來的電機恒速和機泵恒壓恒流設(shè)計則會導(dǎo)致電能浪費。傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門及調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)流量、液面等工藝參數(shù), 定速機泵輸出功率被工藝物流吸收做有用功的僅占30% ~ 40% , 而60% ~ 70% 的電能消耗在擋板、閥門節(jié)流壓降上, 造成極大的電能損失和浪費。機泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實際負(fù)荷相匹配, 在控制過程中降低閥門阻力, 提高系統(tǒng)效率, 這就為石油化工行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。
運用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù), 變頻調(diào)速器直接控制風(fēng)機、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法。利用變頻器內(nèi)置的PID 調(diào)節(jié)軟件, 可根據(jù)工藝負(fù)荷精確地自動調(diào)節(jié)電動機輸出頻率和轉(zhuǎn)速, 保持恒定的水壓、風(fēng)壓, 滿足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實際應(yīng)用證明, 當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的80% 運行時, 節(jié)能效率可以達(dá)到40% 。變頻調(diào)速器還可以實現(xiàn)大型電動機的軟起動和軟停機, 避免了電動機起動時對電力系統(tǒng)的電壓沖擊, 降低了運行電流, 不僅減少了電動機、機泵和閥門等設(shè)備的故障率, 延長其使用壽命, 而且節(jié)電效果顯著, 可以取得較好的經(jīng)濟效益, 實現(xiàn)了電動機、風(fēng)機、泵類設(shè)備的經(jīng)濟運行。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。
據(jù) 不完全統(tǒng)計, 九江石化公司已經(jīng)投入資金5 000多萬元用于風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造, 平均投資回收期約2 年。截止2009 年7 月底, 九江石化公司已投入運行的變頻調(diào)速器有462臺, 總裝機容量達(dá)到16 000 kW。若按每臺設(shè)備平均節(jié)電率40% 計算, 則每年至少可節(jié)約電能4 200萬kWh, 每年僅節(jié)約電費一項就達(dá)2 500多萬元, 節(jié)約設(shè)備維修費、材料費100多萬元。
二、變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置渣油進(jìn)料泵上的應(yīng)用
渣 油進(jìn)料泵A-GA101 是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的重要設(shè)備, 將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進(jìn)料泵為德國西門子電動機,功率75 kW, 轉(zhuǎn)速2 982 r /m in, 額定電壓380 V,額定電流140 A, 額定出口流量28. 52 m3 /h。原系統(tǒng)采用控制出口閥門的方法進(jìn)行控制, 即將差壓變送器檢測流量信號送至PID 調(diào)節(jié)器, 再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號, 控制出口調(diào)節(jié)閥的開度, 從而控制出口流量, 保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運行中存在以下問題: ( 1)節(jié)流量較大, 泵出口閥的節(jié)流量已接近泵額定流量的一半, 浪費大量的電能; ( 2)控制精度低, 出口流量波動較大; ( 3)電機工作在額定轉(zhuǎn)速, 出力不變, 消耗電能; ( 4 )電機噪聲較大, 泵和管線閥門壓力較大, 易造成泄漏。
2008年5月, 九江石化公司利用化肥裝置檢修的時機, 選用德國西門子公司成套變頻設(shè)備, 對3臺渣油進(jìn)料泵( 2臺運行、1臺備用)進(jìn)行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運行后工藝控制平穩(wěn), 由于變頻器的高精度調(diào)節(jié), 調(diào)節(jié)信號有高速傳遞性, 減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來的滯后現(xiàn)象, 從而使系統(tǒng)控制精度提高, 壓力穩(wěn)定, 工藝運行指標(biāo)得到了優(yōu)化。節(jié)能效果顯著, 節(jié)電率達(dá)到70% , 按年運行8 000 h計算, 2臺渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量: 節(jié)電率 電動機工頻功率 工作時間 2 臺 =70%×75 kW×8000h = 420 000 kW h; 節(jié)約電費: 節(jié)電量 電價= 420 000 × 0. 6 = 252 000 元。維護(hù)量大幅減少, 由于出口閥全開, 電動機降速運行, 使得管網(wǎng)壓力下降, 減少了工藝設(shè)備的泄漏,降低了機泵磨損和電機的溫升, 設(shè)備維護(hù)周期延長。由于變頻器代替了調(diào)節(jié)閥, 解決了由于調(diào)節(jié)閥故障高給生產(chǎn)帶來的影響, 使設(shè)備的維護(hù)量減少。系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動, 由于變頻器具有軟起動功能, 減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運行1年多來, 運行可靠,自動化程度高, 渣油進(jìn)料泵流量控制精度高, 可以充分滿足生產(chǎn)需要, 節(jié)能效果顯著,取得了良好的經(jīng)濟效益。
三、變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置液氨輸送泵6 kV 高壓電動機上的應(yīng)用
液氨輸送泵T- GA101A 是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的關(guān)鍵設(shè)備, 將生產(chǎn)的液態(tài)合成氨輸送到8 000 m3 氨罐儲存, 該泵采用日本富士高壓電動機, 機泵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為: 電機功率160 kW, 轉(zhuǎn)速2 975 r /m in, 額定電壓6 kV, 額定電流220 A, 介質(zhì)密度675. 6 kg /m3, 流量91. 4m3 /h,無負(fù)偏差, 進(jìn)口壓力0. 01 ~ 0. 08 MPa, 進(jìn)口溫度- 33℃, 出口壓力2. 6MPa, 額定揚程362 m。
液氨輸送泵為立式離心泵, 采用機械密封, 由于電機長時間連續(xù)運轉(zhuǎn), 負(fù)載波動大,電機運行時產(chǎn)生機械振蕩, 振動值一直較高, 加之液氨腐蝕性較強, 經(jīng)常造成機封損壞,出現(xiàn)氨泄露, 液氨很容易吸熱氣化, 造成泵體氣蝕, 打不上量。設(shè)備故障率高, 維修工作量大, 基本上兩、三個月就要檢修更換機封, 影響了設(shè)備的長周期運行和裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。
2008 年9月份, 九江石化公司對液氨輸送泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造, 采用了日本富士6 kV、160kW 的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能技術(shù)改造, 通過電氣、儀表、工藝、設(shè)備各專業(yè)人員密切配合, 保證了液氨輸送泵變頻改造后安全可靠地投入運行。實現(xiàn)了靠自動控制電動機轉(zhuǎn)速來控制介質(zhì)流量, 使機泵出口閥處于全開狀態(tài), 揚程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合, 電動機降速運行, 電動機輸出有功功率也明顯降低。氨輸送泵及驅(qū)動電機各項運行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi), 電機實現(xiàn)了軟起動, 減小了大電機起動對電網(wǎng)的沖擊,電機軸承運行溫度不超過60℃, 振動、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 機泵運行時的機械振蕩、振動值大幅降低, 軸承等機械部件磨損減少, 避免了泵的抽空現(xiàn)象, 泵端面密封系統(tǒng)不易損壞, 有效延長了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命, 減少了工藝設(shè)備的泄漏, 機泵故障率大幅降低, 提高了設(shè)備運行的安全可靠性, 設(shè)備維護(hù)工作量減少, 連續(xù)運行1年多后進(jìn)行常規(guī)中修, 實現(xiàn)了機泵的長周期運行。變頻調(diào)速器的加速和減速時間可根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié), 最快可達(dá)0. 2 s。調(diào)速范圍從0. 5% ~ 100% ,調(diào)速精度達(dá)0. 5% , 機械特性硬, 調(diào)速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環(huán)自動控制時可用原有儀表信號, 能滿足化肥生產(chǎn)裝置長周期、連續(xù)生產(chǎn)各種嚴(yán)格的工藝技術(shù)要求。液氨輸送泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造獲得了良好的節(jié)能效果, 節(jié)電率達(dá)到60% , 年節(jié)電50多萬kWh。為煉油化工裝置應(yīng)用推廣高壓電機變頻節(jié)能技術(shù)積累了經(jīng)驗, 使之成為石油化工企業(yè)節(jié)能降耗的亮點。
四、變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機上的應(yīng)用
加 熱爐鼓風(fēng)機是九江石化公司500萬t /a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統(tǒng)的重要設(shè)備, 風(fēng)機輸出功率為185 kW, 原設(shè)計是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié), 設(shè)備運行能耗長期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動化控制水平,節(jié)約電能, 提高經(jīng)濟效益, 2009年3 月份, 九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對其進(jìn)行變頻節(jié)能改造,采用風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風(fēng)門擋板節(jié)流控制。選用日本東芝公司專用于平方減轉(zhuǎn) 矩負(fù)載的A5P系列變頻器。該變頻器采用最新智能絕緣柵雙極晶體( IGBT )模塊和東芝獨特矢量運算控制, 有良好的技術(shù)性能。其主要特點有: 新的電流限制功能, 當(dāng)機泵超負(fù)荷時, 通過抑制轉(zhuǎn)矩來限制過電流, 使變頻器不跳閘, 機泵繼續(xù)運轉(zhuǎn); 電壓反饋控制功能, 當(dāng)電源電壓變化時, 可瞬時補償輸出電壓、保證變頻器穩(wěn)定運行; 學(xué)習(xí)加減速功能, 根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)自動調(diào)整最合適的加減速時間, 方便設(shè)備調(diào)試; 自動節(jié)電運行方式功能, 在確保負(fù)荷所需轉(zhuǎn)矩的條件下, 將電流降到最小, 自動節(jié)電運行;內(nèi)置工頻/變頻切換時序電路, 保證石化流程工業(yè)裝置生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性, 可以方便地切換、互為備用。
加熱爐鼓風(fēng)機經(jīng)過變頻節(jié)能改造投用后, 變頻調(diào)速器操作安全平穩(wěn), 具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能, 實現(xiàn)了風(fēng)量壓閉回路自動調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動電機可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)整轉(zhuǎn)速, 消除了電機起動時6倍的沖擊電流,避開機械共振點及運轉(zhuǎn)噪聲, 風(fēng)機運行的振動值大幅降低, 避免了鼓風(fēng)機運行時的機械振蕩, 大大降低了設(shè)備故障率, 延長了機械負(fù)載的運轉(zhuǎn)壽命,減輕了設(shè)備維修工作量, 節(jié)能效果明顯。變頻器運轉(zhuǎn)方式靈活多樣, 操作方便, 操作人員只需調(diào)節(jié)變頻器面板上的電位器旋鈕即可手動調(diào)整風(fēng)量。變頻器可以手動控制也可以完全實現(xiàn)自動控制,并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動控制裝置進(jìn)行電 氣、儀表連鎖, 實現(xiàn)加熱爐的自動保護(hù)及計算機控制, 不會因鼓風(fēng)機突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負(fù)荷自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機電機輸出頻率, 在約20H z時運行, 電機運行電流從原來的220 A降至90 A, 可以同時滿足常減壓裝置2臺加熱爐的供風(fēng)量, 該臺設(shè)備節(jié)電效率達(dá)到60% , 據(jù)測算每年可節(jié)約電費60萬元。
五、結(jié)語
多年來, 我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業(yè)推廣高新技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo), 并且在資金上給予了很多優(yōu)惠政策, 為石油化工等高能耗行業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗改造開辟了新的途徑。雖然企業(yè)對節(jié)能項目進(jìn)行了較大的投資, 但是節(jié)能項目投用后的未來收益是巨大的, 不僅降低了企業(yè)對節(jié)能項目的投資風(fēng)險, 而且使企業(yè)設(shè)備升級、降低了運行成本。
目前, 變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在石油化工行業(yè)的不同領(lǐng)域、不同深度得到了推廣和應(yīng)用, 中國石化股份有限公司九江石化公司等一批石油化工企業(yè)實現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)的初步普及。但是, 變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛, 潛力仍然巨大。作者認(rèn)為, 還要抓好以下幾個環(huán)節(jié): 一是成套設(shè)備制造環(huán)節(jié), 要根據(jù)需要, 在電力拖動系統(tǒng)中大力應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù); 二是工程設(shè)計環(huán)節(jié), 設(shè)計師是工程應(yīng)用變頻調(diào)速等高新技術(shù)的先導(dǎo), 對成熟技術(shù)要堅持同時設(shè)計、同時訂貨、同時施工、同時投用的“四同時”原則, 推進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù)的推廣普及;三是應(yīng)用環(huán)節(jié), 石油化工企業(yè)的管理者、操作者、運行維護(hù)者, 都要學(xué)習(xí)新技術(shù)、引進(jìn)新技術(shù)、推廣新技術(shù)、更好地使用新技術(shù), 讓變頻節(jié)能技術(shù)作為石油化工行業(yè)機泵電力控制的主要技術(shù)之一, 實現(xiàn)節(jié)電降耗的目的; 四是研發(fā)環(huán)節(jié), 要根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展需要、石油化工行業(yè)和其他行業(yè)的需求,進(jìn)一步開發(fā)、豐富變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品, 使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、高技術(shù)化, 為石油化工企業(yè)提供更好的變頻器和成套技術(shù)系統(tǒng), 讓節(jié)電、節(jié)能進(jìn)一步落實到石油化工生產(chǎn)的全流程, 在取得明顯節(jié)能效果的基礎(chǔ)上, 保證石油化工企業(yè)安全平穩(wěn)運行。
變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果、安全易控、優(yōu)質(zhì)無級平滑調(diào)速、高精度的控制工藝參數(shù)、投資回收期短等 優(yōu)勢, 越來越廣泛地應(yīng)用在石油化工行業(yè)的多種與工藝設(shè)備配套的電力拖動設(shè)備中, 必將成為石油化工電力拖動的中樞設(shè)備。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是石油化工等高能耗行業(yè)改造挖潛、增加效益的有效途徑, 同時也是國民經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要?，F(xiàn)階段我國電力等能源供應(yīng)缺口仍然很大, 供需矛盾突出, 在加快電力建設(shè)速度的同時, 石油化工企業(yè)應(yīng)該積極依靠科技進(jìn)步, 應(yīng)用和推廣變頻調(diào)速等節(jié)能高新技術(shù), 提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益, 不斷提升企業(yè)的核心競爭力, 推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效, 實現(xiàn)石油化工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中, 電動機是應(yīng)用最廣和數(shù)量最多的電氣設(shè)備之一, 其大部分是風(fēng)機、水泵類負(fù)載。早期設(shè)計的煉化裝置機泵設(shè)備一般未考慮使用變頻器, 但是也并非所有機泵設(shè)備都適合使用變頻器。首先要考慮工藝要求的功能, 其次是經(jīng)濟效益。一般而言, 風(fēng)機、水泵類負(fù)載大多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來設(shè)計選型的,都留有10% 以上的余量。此外, 隨著生產(chǎn)裝置加工量、物料性質(zhì)等工況的變化, 實際需求功率也產(chǎn)生變化, 流量、液面、壓力等工藝參數(shù)經(jīng)常隨工況的改變而改變。實際應(yīng)用中, 風(fēng)機、水泵大部分工作時間并非處于滿負(fù)荷運行狀態(tài), 原來的電機恒速和機泵恒壓恒流設(shè)計則會導(dǎo)致電能浪費。傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門及調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)流量、液面等工藝參數(shù), 定速機泵輸出功率被工藝物流吸收做有用功的僅占30% ~ 40% , 而60% ~ 70% 的電能消耗在擋板、閥門節(jié)流壓降上, 造成極大的電能損失和浪費。機泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實際負(fù)荷相匹配, 在控制過程中降低閥門阻力, 提高系統(tǒng)效率, 這就為石油化工行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。
運用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù), 變頻調(diào)速器直接控制風(fēng)機、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法。利用變頻器內(nèi)置的PID 調(diào)節(jié)軟件, 可根據(jù)工藝負(fù)荷精確地自動調(diào)節(jié)電動機輸出頻率和轉(zhuǎn)速, 保持恒定的水壓、風(fēng)壓, 滿足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實際應(yīng)用證明, 當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的80% 運行時, 節(jié)能效率可以達(dá)到40% 。變頻調(diào)速器還可以實現(xiàn)大型電動機的軟起動和軟停機, 避免了電動機起動時對電力系統(tǒng)的電壓沖擊, 降低了運行電流, 不僅減少了電動機、機泵和閥門等設(shè)備的故障率, 延長其使用壽命, 而且節(jié)電效果顯著, 可以取得較好的經(jīng)濟效益, 實現(xiàn)了電動機、風(fēng)機、泵類設(shè)備的經(jīng)濟運行。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。
據(jù) 不完全統(tǒng)計, 九江石化公司已經(jīng)投入資金5 000多萬元用于風(fēng)機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造, 平均投資回收期約2 年。截止2009 年7 月底, 九江石化公司已投入運行的變頻調(diào)速器有462臺, 總裝機容量達(dá)到16 000 kW。若按每臺設(shè)備平均節(jié)電率40% 計算, 則每年至少可節(jié)約電能4 200萬kWh, 每年僅節(jié)約電費一項就達(dá)2 500多萬元, 節(jié)約設(shè)備維修費、材料費100多萬元。
二、變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置渣油進(jìn)料泵上的應(yīng)用
渣 油進(jìn)料泵A-GA101 是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的重要設(shè)備, 將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進(jìn)料泵為德國西門子電動機,功率75 kW, 轉(zhuǎn)速2 982 r /m in, 額定電壓380 V,額定電流140 A, 額定出口流量28. 52 m3 /h。原系統(tǒng)采用控制出口閥門的方法進(jìn)行控制, 即將差壓變送器檢測流量信號送至PID 調(diào)節(jié)器, 再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號, 控制出口調(diào)節(jié)閥的開度, 從而控制出口流量, 保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運行中存在以下問題: ( 1)節(jié)流量較大, 泵出口閥的節(jié)流量已接近泵額定流量的一半, 浪費大量的電能; ( 2)控制精度低, 出口流量波動較大; ( 3)電機工作在額定轉(zhuǎn)速, 出力不變, 消耗電能; ( 4 )電機噪聲較大, 泵和管線閥門壓力較大, 易造成泄漏。
2008年5月, 九江石化公司利用化肥裝置檢修的時機, 選用德國西門子公司成套變頻設(shè)備, 對3臺渣油進(jìn)料泵( 2臺運行、1臺備用)進(jìn)行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運行后工藝控制平穩(wěn), 由于變頻器的高精度調(diào)節(jié), 調(diào)節(jié)信號有高速傳遞性, 減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來的滯后現(xiàn)象, 從而使系統(tǒng)控制精度提高, 壓力穩(wěn)定, 工藝運行指標(biāo)得到了優(yōu)化。節(jié)能效果顯著, 節(jié)電率達(dá)到70% , 按年運行8 000 h計算, 2臺渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量: 節(jié)電率 電動機工頻功率 工作時間 2 臺 =70%×75 kW×8000h = 420 000 kW h; 節(jié)約電費: 節(jié)電量 電價= 420 000 × 0. 6 = 252 000 元。維護(hù)量大幅減少, 由于出口閥全開, 電動機降速運行, 使得管網(wǎng)壓力下降, 減少了工藝設(shè)備的泄漏,降低了機泵磨損和電機的溫升, 設(shè)備維護(hù)周期延長。由于變頻器代替了調(diào)節(jié)閥, 解決了由于調(diào)節(jié)閥故障高給生產(chǎn)帶來的影響, 使設(shè)備的維護(hù)量減少。系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動, 由于變頻器具有軟起動功能, 減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運行1年多來, 運行可靠,自動化程度高, 渣油進(jìn)料泵流量控制精度高, 可以充分滿足生產(chǎn)需要, 節(jié)能效果顯著,取得了良好的經(jīng)濟效益。
三、變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置液氨輸送泵6 kV 高壓電動機上的應(yīng)用
液氨輸送泵T- GA101A 是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的關(guān)鍵設(shè)備, 將生產(chǎn)的液態(tài)合成氨輸送到8 000 m3 氨罐儲存, 該泵采用日本富士高壓電動機, 機泵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為: 電機功率160 kW, 轉(zhuǎn)速2 975 r /m in, 額定電壓6 kV, 額定電流220 A, 介質(zhì)密度675. 6 kg /m3, 流量91. 4m3 /h,無負(fù)偏差, 進(jìn)口壓力0. 01 ~ 0. 08 MPa, 進(jìn)口溫度- 33℃, 出口壓力2. 6MPa, 額定揚程362 m。
液氨輸送泵為立式離心泵, 采用機械密封, 由于電機長時間連續(xù)運轉(zhuǎn), 負(fù)載波動大,電機運行時產(chǎn)生機械振蕩, 振動值一直較高, 加之液氨腐蝕性較強, 經(jīng)常造成機封損壞,出現(xiàn)氨泄露, 液氨很容易吸熱氣化, 造成泵體氣蝕, 打不上量。設(shè)備故障率高, 維修工作量大, 基本上兩、三個月就要檢修更換機封, 影響了設(shè)備的長周期運行和裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。
2008 年9月份, 九江石化公司對液氨輸送泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造, 采用了日本富士6 kV、160kW 的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行變頻節(jié)能技術(shù)改造, 通過電氣、儀表、工藝、設(shè)備各專業(yè)人員密切配合, 保證了液氨輸送泵變頻改造后安全可靠地投入運行。實現(xiàn)了靠自動控制電動機轉(zhuǎn)速來控制介質(zhì)流量, 使機泵出口閥處于全開狀態(tài), 揚程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合, 電動機降速運行, 電動機輸出有功功率也明顯降低。氨輸送泵及驅(qū)動電機各項運行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi), 電機實現(xiàn)了軟起動, 減小了大電機起動對電網(wǎng)的沖擊,電機軸承運行溫度不超過60℃, 振動、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 機泵運行時的機械振蕩、振動值大幅降低, 軸承等機械部件磨損減少, 避免了泵的抽空現(xiàn)象, 泵端面密封系統(tǒng)不易損壞, 有效延長了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命, 減少了工藝設(shè)備的泄漏, 機泵故障率大幅降低, 提高了設(shè)備運行的安全可靠性, 設(shè)備維護(hù)工作量減少, 連續(xù)運行1年多后進(jìn)行常規(guī)中修, 實現(xiàn)了機泵的長周期運行。變頻調(diào)速器的加速和減速時間可根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié), 最快可達(dá)0. 2 s。調(diào)速范圍從0. 5% ~ 100% ,調(diào)速精度達(dá)0. 5% , 機械特性硬, 調(diào)速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環(huán)自動控制時可用原有儀表信號, 能滿足化肥生產(chǎn)裝置長周期、連續(xù)生產(chǎn)各種嚴(yán)格的工藝技術(shù)要求。液氨輸送泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造獲得了良好的節(jié)能效果, 節(jié)電率達(dá)到60% , 年節(jié)電50多萬kWh。為煉油化工裝置應(yīng)用推廣高壓電機變頻節(jié)能技術(shù)積累了經(jīng)驗, 使之成為石油化工企業(yè)節(jié)能降耗的亮點。
四、變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機上的應(yīng)用
加 熱爐鼓風(fēng)機是九江石化公司500萬t /a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統(tǒng)的重要設(shè)備, 風(fēng)機輸出功率為185 kW, 原設(shè)計是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié), 設(shè)備運行能耗長期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動化控制水平,節(jié)約電能, 提高經(jīng)濟效益, 2009年3 月份, 九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對其進(jìn)行變頻節(jié)能改造,采用風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風(fēng)門擋板節(jié)流控制。選用日本東芝公司專用于平方減轉(zhuǎn) 矩負(fù)載的A5P系列變頻器。該變頻器采用最新智能絕緣柵雙極晶體( IGBT )模塊和東芝獨特矢量運算控制, 有良好的技術(shù)性能。其主要特點有: 新的電流限制功能, 當(dāng)機泵超負(fù)荷時, 通過抑制轉(zhuǎn)矩來限制過電流, 使變頻器不跳閘, 機泵繼續(xù)運轉(zhuǎn); 電壓反饋控制功能, 當(dāng)電源電壓變化時, 可瞬時補償輸出電壓、保證變頻器穩(wěn)定運行; 學(xué)習(xí)加減速功能, 根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)自動調(diào)整最合適的加減速時間, 方便設(shè)備調(diào)試; 自動節(jié)電運行方式功能, 在確保負(fù)荷所需轉(zhuǎn)矩的條件下, 將電流降到最小, 自動節(jié)電運行;內(nèi)置工頻/變頻切換時序電路, 保證石化流程工業(yè)裝置生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性, 可以方便地切換、互為備用。
加熱爐鼓風(fēng)機經(jīng)過變頻節(jié)能改造投用后, 變頻調(diào)速器操作安全平穩(wěn), 具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能, 實現(xiàn)了風(fēng)量壓閉回路自動調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動電機可以實現(xiàn)軟起動和無級調(diào)整轉(zhuǎn)速, 消除了電機起動時6倍的沖擊電流,避開機械共振點及運轉(zhuǎn)噪聲, 風(fēng)機運行的振動值大幅降低, 避免了鼓風(fēng)機運行時的機械振蕩, 大大降低了設(shè)備故障率, 延長了機械負(fù)載的運轉(zhuǎn)壽命,減輕了設(shè)備維修工作量, 節(jié)能效果明顯。變頻器運轉(zhuǎn)方式靈活多樣, 操作方便, 操作人員只需調(diào)節(jié)變頻器面板上的電位器旋鈕即可手動調(diào)整風(fēng)量。變頻器可以手動控制也可以完全實現(xiàn)自動控制,并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動控制裝置進(jìn)行電 氣、儀表連鎖, 實現(xiàn)加熱爐的自動保護(hù)及計算機控制, 不會因鼓風(fēng)機突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負(fù)荷自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機電機輸出頻率, 在約20H z時運行, 電機運行電流從原來的220 A降至90 A, 可以同時滿足常減壓裝置2臺加熱爐的供風(fēng)量, 該臺設(shè)備節(jié)電效率達(dá)到60% , 據(jù)測算每年可節(jié)約電費60萬元。
五、結(jié)語
多年來, 我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業(yè)推廣高新技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo), 并且在資金上給予了很多優(yōu)惠政策, 為石油化工等高能耗行業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗改造開辟了新的途徑。雖然企業(yè)對節(jié)能項目進(jìn)行了較大的投資, 但是節(jié)能項目投用后的未來收益是巨大的, 不僅降低了企業(yè)對節(jié)能項目的投資風(fēng)險, 而且使企業(yè)設(shè)備升級、降低了運行成本。
目前, 變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在石油化工行業(yè)的不同領(lǐng)域、不同深度得到了推廣和應(yīng)用, 中國石化股份有限公司九江石化公司等一批石油化工企業(yè)實現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)的初步普及。但是, 變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛, 潛力仍然巨大。作者認(rèn)為, 還要抓好以下幾個環(huán)節(jié): 一是成套設(shè)備制造環(huán)節(jié), 要根據(jù)需要, 在電力拖動系統(tǒng)中大力應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù); 二是工程設(shè)計環(huán)節(jié), 設(shè)計師是工程應(yīng)用變頻調(diào)速等高新技術(shù)的先導(dǎo), 對成熟技術(shù)要堅持同時設(shè)計、同時訂貨、同時施工、同時投用的“四同時”原則, 推進(jìn)變頻節(jié)能技術(shù)的推廣普及;三是應(yīng)用環(huán)節(jié), 石油化工企業(yè)的管理者、操作者、運行維護(hù)者, 都要學(xué)習(xí)新技術(shù)、引進(jìn)新技術(shù)、推廣新技術(shù)、更好地使用新技術(shù), 讓變頻節(jié)能技術(shù)作為石油化工行業(yè)機泵電力控制的主要技術(shù)之一, 實現(xiàn)節(jié)電降耗的目的; 四是研發(fā)環(huán)節(jié), 要根據(jù)國民經(jīng)濟的發(fā)展需要、石油化工行業(yè)和其他行業(yè)的需求,進(jìn)一步開發(fā)、豐富變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品, 使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、高技術(shù)化, 為石油化工企業(yè)提供更好的變頻器和成套技術(shù)系統(tǒng), 讓節(jié)電、節(jié)能進(jìn)一步落實到石油化工生產(chǎn)的全流程, 在取得明顯節(jié)能效果的基礎(chǔ)上, 保證石油化工企業(yè)安全平穩(wěn)運行。
變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果、安全易控、優(yōu)質(zhì)無級平滑調(diào)速、高精度的控制工藝參數(shù)、投資回收期短等 優(yōu)勢, 越來越廣泛地應(yīng)用在石油化工行業(yè)的多種與工藝設(shè)備配套的電力拖動設(shè)備中, 必將成為石油化工電力拖動的中樞設(shè)備。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是石油化工等高能耗行業(yè)改造挖潛、增加效益的有效途徑, 同時也是國民經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要?，F(xiàn)階段我國電力等能源供應(yīng)缺口仍然很大, 供需矛盾突出, 在加快電力建設(shè)速度的同時, 石油化工企業(yè)應(yīng)該積極依靠科技進(jìn)步, 應(yīng)用和推廣變頻調(diào)速等節(jié)能高新技術(shù), 提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益, 不斷提升企業(yè)的核心競爭力, 推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效, 實現(xiàn)石油化工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
