一、引言
在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中, 電動(dòng)機(jī)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(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載。早期設(shè)計(jì)的煉化裝置機(jī)泵設(shè)備一般未考慮使用變頻器, 但是也并非所有機(jī)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(jì)效益。一般而言, 風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載大多是根據(jù)滿(mǎn)負(fù)荷工作需用量來(lái)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中, 風(fēng)機(jī)、水泵大部分工作時(shí)間并非處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài), 原來(lái)的電機(jī)恒速和機(jī)泵恒壓恒流設(shè)計(jì)則會(huì)導(dǎo)致電能浪費(fèi)。傳統(tǒng)方法是通過(guò)調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門(mén)及調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量、液面等工藝參數(shù), 定速機(jī)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(mén)節(jié)流壓降上, 造成極大的電能損失和浪費(fèi)。機(jī)泵節(jié)能的根本問(wèn)題在于如何使控制方案與實(shí)際負(fù)荷相匹配, 在控制過(guò)程中降低閥門(mén)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(yùn)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(jī)、泵類(lèi)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(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出頻率和轉(zhuǎn)速, 保持恒定的水壓、風(fēng)壓, 滿(mǎn)足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實(shí)際應(yīng)用證明, 當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80% 運(yùn)行時(shí), 節(jié)能效率可以達(dá)到40% 。變頻調(diào)速器還可以實(shí)現(xiàn)大型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和軟停機(jī), 避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的電壓沖擊, 降低了運(yùn)行電流, 不僅減少了電動(dòng)機(jī)、機(jī)泵和閥門(mén)等設(shè)備的故障率, 延長(zhǎng)其使用壽命, 而且節(jié)電效果顯著, 可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益, 實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其節(jié)能原理矢量圖見(jiàn)圖1。
據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì), 九江石化公司已經(jīng)投入資金5 000多萬(wàn)元用于風(fēng)機(jī)、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(yùn)行的變頻調(diào)速器有462臺(tái), 總裝機(jī)容量達(dá)到16 000 kW。若按每臺(tái)設(shè)備平均節(jié)電率40% 計(jì)算, 則每年至少可節(jié)約電能4 200萬(wàn)kWh, 每年僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)2 500多萬(wàn)元, 節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)、材料費(fèi)100多萬(wàn)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(wàn)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(guó)西門(mén)子電動(dòng)機(jī),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(mén)的方法進(jìn)行控制, 即將差壓變送器檢測(cè)流量信號(hào)送至PID 調(diào)節(jié)器, 再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào), 控制出口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度, 從而控制出口流量, 保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運(yùn)行中存在以下問(wèn)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(fèi)大量的電能; ( 2)控制精度低, 出口流量波動(dòng)較大; ( 3)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速, 出力不變, 消耗電能; ( 4 )電機(jī)噪聲較大, 泵和管線(xiàn)閥門(mén)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(shí)機(jī), 選用德國(guó)西門(mén)子公司成套變頻設(shè)備, 對(duì)3臺(tái)渣油進(jìn)料泵( 2臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用)進(jìn)行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運(yùn)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(hào)有高速傳遞性, 減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來(lái)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(yùn)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(yùn)行8 000 h計(jì)算, 2臺(tái)渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量: 節(jié)電率 電動(dòng)機(jī)工頻功率 工作時(shí)間 2 臺(tái) =70%×75 kW×8000h = 420 000 kW h; 節(jié)約電費(fèi): 節(jié)電量 電價(jià)= 420 000 × 0. 6 = 252 000 元。維護(hù)量大幅減少, 由于出口閥全開(kāi), 電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)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(jī)泵磨損和電機(jī)的溫升, 設(shè)備維護(hù)周期延長(zhǎng)。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(lái)的影響, 使設(shè)備的維護(hù)量減少。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng), 由于變頻器具有軟起動(dòng)功能, 減小了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運(yùn)行1年多來(lái), 運(yùn)行可靠,自動(dòng)化程度高, 渣油進(jìn)料泵流量控制精度高, 可以充分滿(mǎn)足生產(chǎn)需要, 節(jié)能效果顯著,取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)上的應(yīng)用
液氨輸送泵T- GA101A 是九江石化公司30萬(wàn)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(chǔ)存, 該泵采用日本富士高壓電動(dòng)機(jī), 機(jī)泵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為: 電機(jī)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(wú)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(yáng)程362 m。
液氨輸送泵為立式離心泵, 采用機(jī)械密封, 由于電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 負(fù)載波動(dòng)大,電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振蕩, 振動(dòng)值一直較高, 加之液氨腐蝕性較強(qiáng), 經(jīng)常造成機(jī)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(gè)月就要檢修更換機(jī)封, 影響了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)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(duì)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(guò)電氣、儀表、工藝、設(shè)備各專(zhuān)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(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了靠自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制介質(zhì)流量, 使機(jī)泵出口閥處于全開(kāi)狀態(tài), 揚(yáng)程與管網(wǎng)阻力特性曲線(xiàn)相吻合, 電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)行, 電動(dòng)機(jī)輸出有功功率也明顯降低。氨輸送泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi), 電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng), 減小了大電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,電機(jī)軸承運(yùn)行溫度不超過(guò)60℃, 振動(dòng)、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 機(jī)泵運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩、振動(dòng)值大幅降低, 軸承等機(jī)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(zhǎng)了機(jī)泵軸承、機(jī)械密封等易損件的使用壽命, 減少了工藝設(shè)備的泄漏, 機(jī)泵故障率大幅降低, 提高了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性, 設(shè)備維護(hù)工作量減少, 連續(xù)運(yùn)行1年多后進(jìn)行常規(guī)中修, 實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行。變頻調(diào)速器的加速和減速時(shí)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(jī)械特性硬, 調(diào)速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制時(shí)可用原有儀表信號(hào), 能滿(mǎn)足化肥生產(chǎn)裝置長(zhǎng)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(wàn)kWh。為煉油化工裝置應(yīng)用推廣高壓電機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn), 使之成為石油化工企業(yè)節(jié)能降耗的亮點(diǎn)。
四、變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
加 熱爐鼓風(fēng)機(jī)是九江石化公司500萬(wàn)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(jī)輸出功率為185 kW, 原設(shè)計(jì)是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)擋板實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié), 設(shè)備運(yùn)行能耗長(zhǎng)期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動(dòng)化控制水平,節(jié)約電能, 提高經(jīng)濟(jì)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(duì)其進(jìn)行變頻節(jié)能改造,采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風(fēng)門(mén)擋板節(jié)流控制。選用日本東芝公司專(zhuān)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(dú)特矢量運(yùn)算控制, 有良好的技術(shù)性能。其主要特點(diǎn)有: 新的電流限制功能, 當(dāng)機(jī)泵超負(fù)荷時(shí), 通過(guò)抑制轉(zhuǎn)矩來(lái)限制過(guò)電流, 使變頻器不跳閘, 機(jī)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn); 電壓反饋控制功能, 當(dāng)電源電壓變化時(shí), 可瞬時(shí)補(bǔ)償輸出電壓、保證變頻器穩(wěn)定運(yùn)行; 學(xué)習(xí)加減速功能, 根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整最合適的加減速時(shí)間, 方便設(shè)備調(diào)試; 自動(dòng)節(jié)電運(yùn)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(dòng)節(jié)電運(yùn)行;內(nèi)置工頻/變頻切換時(shí)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(jī)經(jīng)過(guò)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(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能, 實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量壓閉回路自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)整轉(zhuǎn)速, 消除了電機(jī)起動(dòng)時(shí)6倍的沖擊電流,避開(kāi)機(jī)械共振點(diǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲, 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)值大幅降低, 避免了鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩, 大大降低了設(shè)備故障率, 延長(zhǎng)了機(jī)械負(fù)載的運(yùn)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(yùn)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(dòng)調(diào)整風(fēng)量。變頻器可以手動(dòng)控制也可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置進(jìn)行電 氣、儀表連鎖, 實(shí)現(xiàn)加熱爐的自動(dòng)保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制, 不會(huì)因鼓風(fēng)機(jī)突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)輸出頻率, 在約20H z時(shí)運(yùn)行, 電機(jī)運(yùn)行電流從原來(lái)的220 A降至90 A, 可以同時(shí)滿(mǎn)足常減壓裝置2臺(tái)加熱爐的供風(fēng)量, 該臺(tái)設(shè)備節(jié)電效率達(dá)到60% , 據(jù)測(cè)算每年可節(jié)約電費(fèi)60萬(wàn)元。
五、結(jié)語(yǔ)
多年來(lái), 我國(guó)政府大力提倡、鼓勵(lì)和支持企業(yè)推廣高新技術(shù)實(shí)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(kāi)辟了新的途徑。雖然企業(yè)對(duì)節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行了較大的投資, 但是節(jié)能項(xiàng)目投用后的未來(lái)收益是巨大的, 不僅降低了企業(yè)對(duì)節(jié)能項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn), 而且使企業(yè)設(shè)備升級(jí)、降低了運(yùn)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(guó)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(shí)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(gè)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(dòng)系統(tǒng)中大力應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù); 二是工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié), 設(shè)計(jì)師是工程應(yīng)用變頻調(diào)速等高新技術(shù)的先導(dǎo), 對(duì)成熟技術(shù)要堅(jiān)持同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)訂貨、同時(shí)施工、同時(shí)投用的“四同時(shí)”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(yùn)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(jī)泵電力控制的主要技術(shù)之一, 實(shí)現(xiàn)節(jié)電降耗的目的; 四是研發(fā)環(huán)節(jié), 要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(kāi)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(shí)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(yùn)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(wú)級(jí)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(shì), 越來(lái)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(dòng)設(shè)備中, 必將成為石油化工電力拖動(dòng)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(shí)也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要。現(xiàn)階段我國(guó)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(shí), 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(jì)效益和社會(huì)效益, 不斷提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力, 推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效, 實(shí)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(guò)程中, 電動(dòng)機(jī)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(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載。早期設(shè)計(jì)的煉化裝置機(jī)泵設(shè)備一般未考慮使用變頻器, 但是也并非所有機(jī)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(jì)效益。一般而言, 風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)負(fù)載大多是根據(jù)滿(mǎn)負(fù)荷工作需用量來(lái)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)際應(yīng)用中, 風(fēng)機(jī)、水泵大部分工作時(shí)間并非處于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài), 原來(lái)的電機(jī)恒速和機(jī)泵恒壓恒流設(shè)計(jì)則會(huì)導(dǎo)致電能浪費(fèi)。傳統(tǒng)方法是通過(guò)調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門(mén)及調(diào)節(jié)閥開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量、液面等工藝參數(shù), 定速機(jī)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(mén)節(jié)流壓降上, 造成極大的電能損失和浪費(fèi)。機(jī)泵節(jié)能的根本問(wèn)題在于如何使控制方案與實(shí)際負(fù)荷相匹配, 在控制過(guò)程中降低閥門(mén)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(yùn)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(jī)、泵類(lèi)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(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出頻率和轉(zhuǎn)速, 保持恒定的水壓、風(fēng)壓, 滿(mǎn)足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實(shí)際應(yīng)用證明, 當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80% 運(yùn)行時(shí), 節(jié)能效率可以達(dá)到40% 。變頻調(diào)速器還可以實(shí)現(xiàn)大型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和軟停機(jī), 避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的電壓沖擊, 降低了運(yùn)行電流, 不僅減少了電動(dòng)機(jī)、機(jī)泵和閥門(mén)等設(shè)備的故障率, 延長(zhǎng)其使用壽命, 而且節(jié)電效果顯著, 可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益, 實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其節(jié)能原理矢量圖見(jiàn)圖1。
據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì), 九江石化公司已經(jīng)投入資金5 000多萬(wàn)元用于風(fēng)機(jī)、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(yùn)行的變頻調(diào)速器有462臺(tái), 總裝機(jī)容量達(dá)到16 000 kW。若按每臺(tái)設(shè)備平均節(jié)電率40% 計(jì)算, 則每年至少可節(jié)約電能4 200萬(wàn)kWh, 每年僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)2 500多萬(wàn)元, 節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)、材料費(fèi)100多萬(wàn)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(wàn)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(guó)西門(mén)子電動(dòng)機(jī),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(mén)的方法進(jìn)行控制, 即將差壓變送器檢測(cè)流量信號(hào)送至PID 調(diào)節(jié)器, 再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào), 控制出口調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度, 從而控制出口流量, 保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運(yùn)行中存在以下問(wèn)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(fèi)大量的電能; ( 2)控制精度低, 出口流量波動(dòng)較大; ( 3)電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速, 出力不變, 消耗電能; ( 4 )電機(jī)噪聲較大, 泵和管線(xiàn)閥門(mén)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(shí)機(jī), 選用德國(guó)西門(mén)子公司成套變頻設(shè)備, 對(duì)3臺(tái)渣油進(jìn)料泵( 2臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用)進(jìn)行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運(yùn)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(hào)有高速傳遞性, 減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來(lái)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(yùn)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(yùn)行8 000 h計(jì)算, 2臺(tái)渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量: 節(jié)電率 電動(dòng)機(jī)工頻功率 工作時(shí)間 2 臺(tái) =70%×75 kW×8000h = 420 000 kW h; 節(jié)約電費(fèi): 節(jié)電量 電價(jià)= 420 000 × 0. 6 = 252 000 元。維護(hù)量大幅減少, 由于出口閥全開(kāi), 電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)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(jī)泵磨損和電機(jī)的溫升, 設(shè)備維護(hù)周期延長(zhǎng)。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(lái)的影響, 使設(shè)備的維護(hù)量減少。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng), 由于變頻器具有軟起動(dòng)功能, 減小了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運(yùn)行1年多來(lái), 運(yùn)行可靠,自動(dòng)化程度高, 渣油進(jìn)料泵流量控制精度高, 可以充分滿(mǎn)足生產(chǎn)需要, 節(jié)能效果顯著,取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(dòng)機(jī)上的應(yīng)用
液氨輸送泵T- GA101A 是九江石化公司30萬(wàn)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(chǔ)存, 該泵采用日本富士高壓電動(dòng)機(jī), 機(jī)泵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為: 電機(jī)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(wú)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(yáng)程362 m。
液氨輸送泵為立式離心泵, 采用機(jī)械密封, 由于電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 負(fù)載波動(dòng)大,電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振蕩, 振動(dòng)值一直較高, 加之液氨腐蝕性較強(qiáng), 經(jīng)常造成機(jī)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(gè)月就要檢修更換機(jī)封, 影響了設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)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(duì)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(guò)電氣、儀表、工藝、設(shè)備各專(zhuān)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(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了靠自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制介質(zhì)流量, 使機(jī)泵出口閥處于全開(kāi)狀態(tài), 揚(yáng)程與管網(wǎng)阻力特性曲線(xiàn)相吻合, 電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)行, 電動(dòng)機(jī)輸出有功功率也明顯降低。氨輸送泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi), 電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟起動(dòng), 減小了大電機(jī)起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,電機(jī)軸承運(yùn)行溫度不超過(guò)60℃, 振動(dòng)、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求, 機(jī)泵運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩、振動(dòng)值大幅降低, 軸承等機(jī)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(zhǎng)了機(jī)泵軸承、機(jī)械密封等易損件的使用壽命, 減少了工藝設(shè)備的泄漏, 機(jī)泵故障率大幅降低, 提高了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性, 設(shè)備維護(hù)工作量減少, 連續(xù)運(yùn)行1年多后進(jìn)行常規(guī)中修, 實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行。變頻調(diào)速器的加速和減速時(shí)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(jī)械特性硬, 調(diào)速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制時(shí)可用原有儀表信號(hào), 能滿(mǎn)足化肥生產(chǎn)裝置長(zhǎng)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(wàn)kWh。為煉油化工裝置應(yīng)用推廣高壓電機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn), 使之成為石油化工企業(yè)節(jié)能降耗的亮點(diǎn)。
四、變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用
加 熱爐鼓風(fēng)機(jī)是九江石化公司500萬(wàn)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(jī)輸出功率為185 kW, 原設(shè)計(jì)是通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)擋板實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié), 設(shè)備運(yùn)行能耗長(zhǎng)期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動(dòng)化控制水平,節(jié)約電能, 提高經(jīng)濟(jì)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(duì)其進(jìn)行變頻節(jié)能改造,采用風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風(fēng)門(mén)擋板節(jié)流控制。選用日本東芝公司專(zhuān)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(dú)特矢量運(yùn)算控制, 有良好的技術(shù)性能。其主要特點(diǎn)有: 新的電流限制功能, 當(dāng)機(jī)泵超負(fù)荷時(shí), 通過(guò)抑制轉(zhuǎn)矩來(lái)限制過(guò)電流, 使變頻器不跳閘, 機(jī)泵繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn); 電壓反饋控制功能, 當(dāng)電源電壓變化時(shí), 可瞬時(shí)補(bǔ)償輸出電壓、保證變頻器穩(wěn)定運(yùn)行; 學(xué)習(xí)加減速功能, 根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整最合適的加減速時(shí)間, 方便設(shè)備調(diào)試; 自動(dòng)節(jié)電運(yùn)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(dòng)節(jié)電運(yùn)行;內(nèi)置工頻/變頻切換時(shí)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(jī)經(jīng)過(guò)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(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護(hù)功能, 實(shí)現(xiàn)了風(fēng)量壓閉回路自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)整轉(zhuǎn)速, 消除了電機(jī)起動(dòng)時(shí)6倍的沖擊電流,避開(kāi)機(jī)械共振點(diǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲, 風(fēng)機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)值大幅降低, 避免了鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩, 大大降低了設(shè)備故障率, 延長(zhǎng)了機(jī)械負(fù)載的運(yùn)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(yùn)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(dòng)調(diào)整風(fēng)量。變頻器可以手動(dòng)控制也可以完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置進(jìn)行電 氣、儀表連鎖, 實(shí)現(xiàn)加熱爐的自動(dòng)保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制, 不會(huì)因鼓風(fēng)機(jī)突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)輸出頻率, 在約20H z時(shí)運(yùn)行, 電機(jī)運(yùn)行電流從原來(lái)的220 A降至90 A, 可以同時(shí)滿(mǎn)足常減壓裝置2臺(tái)加熱爐的供風(fēng)量, 該臺(tái)設(shè)備節(jié)電效率達(dá)到60% , 據(jù)測(cè)算每年可節(jié)約電費(fèi)60萬(wàn)元。
五、結(jié)語(yǔ)
多年來(lái), 我國(guó)政府大力提倡、鼓勵(lì)和支持企業(yè)推廣高新技術(shù)實(shí)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(kāi)辟了新的途徑。雖然企業(yè)對(duì)節(jié)能項(xiàng)目進(jìn)行了較大的投資, 但是節(jié)能項(xiàng)目投用后的未來(lái)收益是巨大的, 不僅降低了企業(yè)對(duì)節(jié)能項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn), 而且使企業(yè)設(shè)備升級(jí)、降低了運(yùn)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(guó)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(shí)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(gè)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(dòng)系統(tǒng)中大力應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù); 二是工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié), 設(shè)計(jì)師是工程應(yīng)用變頻調(diào)速等高新技術(shù)的先導(dǎo), 對(duì)成熟技術(shù)要堅(jiān)持同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)訂貨、同時(shí)施工、同時(shí)投用的“四同時(shí)”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(yùn)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(jī)泵電力控制的主要技術(shù)之一, 實(shí)現(xiàn)節(jié)電降耗的目的; 四是研發(fā)環(huán)節(jié), 要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(kāi)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(shí)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(yùn)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(wú)級(jí)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(shì), 越來(lái)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(dòng)設(shè)備中, 必將成為石油化工電力拖動(dòng)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(shí)也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要。現(xiàn)階段我國(guó)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(shí), 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(jì)效益和社會(huì)效益, 不斷提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力, 推進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效, 實(shí)現(xiàn)石油化工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
