變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，電動機(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HYPERLINK/變頻器，但是也并非所有機(jī)泵設(shè)備都適合使用HYPERLINK/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)、水泵類負(fù)載大多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來設(shè)計(jì)選型，都留有10%以上的較大余量。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)間并非處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，原來的電機(jī)恒速和機(jī)泵恒壓恒流設(shè)計(jì)則導(dǎo)致電能浪費(fèi)；采用傳統(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(jī)泵輸出功率被工藝物流吸收作有用功的僅占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(fèi)。機(jī)泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實(shí)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(yùn)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，HYPERLINK/變頻調(diào)速器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，利用HYPERLINK/變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)軟件，可以根據(jù)工藝負(fù)荷精確地自動調(diào)節(jié)電動機(jī)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(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)大型電動機(jī)的軟起動和軟停機(jī)，避免了電動機(jī)起動時(shí)對電力系統(tǒng)的電壓沖擊，降低了運(yùn)行電流，不僅減少了電動機(jī)、機(jī)泵和閥門設(shè)備故障率，延長其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)了電動機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。中國石化股份有限公司九江石化公司是江西省內(nèi)唯一的煉油、化肥、化工配套生產(chǎn)的國有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國石化長江沿江主要煉化企業(yè)之一，有50多套生產(chǎn)裝置，擁有650萬t/a原油綜合加工能力、30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素、10萬t/a聚丙烯、3萬t/a硫磺生產(chǎn)能力，產(chǎn)品主要保障江西市場供應(yīng)。該公司積極應(yīng)對國際金融危機(jī)，努力挖潛增效，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，依靠科技進(jìn)步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。為了降低電氣設(shè)備的能耗和故障率，該公司積極開展科技攻關(guān)、技術(shù)改造，應(yīng)用和推廣電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能高新技術(shù)，有計(jì)劃地組織對重要生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵電氣設(shè)備變頻調(diào)速進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化配置和完善。幾年來，富士、東芝、西門子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號的進(jìn)口變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產(chǎn)裝置廣泛推廣應(yīng)用，先后對化肥渣油進(jìn)料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風(fēng)機(jī)、催化解析塔進(jìn)料泵、延遲焦化溶劑泵、原油輸送泵、聚丙烯造粒機(jī)組、熱電鍋爐排粉風(fēng)機(jī)等生產(chǎn)裝置重要機(jī)泵驅(qū)動電機(jī)，進(jìn)行了變頻調(diào)速節(jié)能改造，均取得了較好的節(jié)能效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)了企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，九江石化公司已經(jīng)投入資金5000多萬元用于風(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11月底，九江石化公司已投入運(yùn)行的HYPERLINK/變頻調(diào)速器有462臺，總裝機(jī)容量達(dá)到16000KW。若按每臺設(shè)備平均節(jié)電率40%計(jì)算，則每年至少可節(jié)約電能4200萬KWh，每年僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)2500多萬元，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)、材料費(fèi)100多萬元。一、HYPERLINK/變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置渣油進(jìn)料泵的應(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(jī)，功率75kW，轉(zhuǎn)速2982r/min，額定電壓380V，額定電流140A，額定出口流量28.52m3/h。原系統(tǒng)采用控制出口閥門的方法進(jìn)行控制，即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(yùn)行中存在以下問題：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；控制精度低，出口流量波動較大；電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變消耗電能；電機(jī)噪音較大，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(shí)機(jī)，選用德國西門子（siemens）公司成套變頻設(shè)備，對3臺渣油進(jìn)料泵（2臺運(yùn)行、1臺備用）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HYPERLINK/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(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8000h計(jì)算，2臺渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量:節(jié)電率×電動機(jī)工頻功率×工作時(shí)間×2臺＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；節(jié)約電費(fèi):節(jié)電量×電價(jià)=420000×0.6＝252000元。維護(hù)量大幅減少，由于出口閥全開，電動機(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，降低了電機(jī)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(shí)現(xiàn)了軟起動，由于變頻器具有軟起動功能，減小了電機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運(yùn)行1年來，運(yùn)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(jì)效益。二、HYPERLINK/變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置液氨輸送泵6KV高壓電動機(jī)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8000m3氨罐儲存，該泵采用日本富士高壓電動機(jī)，機(jī)泵關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為：電機(jī)功率160KW，轉(zhuǎn)速2975r/min，額定電壓6KV，額定電流220A，介質(zhì)密度675.6kg/m3，流量91.4m3/h，無負(fù)偏差，進(jìn)口壓力0.01～0.08MPa，進(jìn)口溫度-33℃，出口壓力2.6MPa，額定揚(yáng)程362m。液氨輸送泵為立式離心泵，采用機(jī)械密封，由于電機(jī)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，負(fù)載波動大，電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，振動值一直較高，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2～3個月就要檢修更換機(jī)封，影響了設(shè)備的長周期運(yùn)行和裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。2008年9月份，九江石化公司對液氨輸送泵進(jìn)行變頻節(jié)能改造，采用了日本富士6KV、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(yùn)行。實(shí)現(xiàn)了靠自動控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速來控制介質(zhì)流量，使機(jī)泵出口閥處于全開狀態(tài)，揚(yáng)程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合，電動機(jī)降速運(yùn)行，電動機(jī)運(yùn)行電流明顯降低。氨輸送泵及驅(qū)動電機(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，減小了大電機(jī)起動對電網(wǎng)的沖擊，電機(jī)軸承運(yùn)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(jī)泵運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩、振動值大幅降低，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年多進(jìn)行常規(guī)中修，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵的長周期運(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)0.2s。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)自動控制時(shí)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6kV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)。三、HYPERLINK/變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用加熱爐鼓風(fēng)機(jī)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(jī)輸出功率為185kW，原設(shè)計(jì)是通過調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，設(shè)備運(yùn)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(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管（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)，通過抑制轉(zhuǎn)矩來限制過電流，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)自動調(diào)整最合適的加減速時(shí)間，方便設(shè)備調(diào)試；自動節(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，自動節(jié)電運(yùn)行；內(nèi)置工頻/變頻切換時(shí)序電路，保證石油化工流程工業(yè)裝置生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性，可以方便切換、互為備用。加熱爐鼓風(fēng)機(jī)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(shí)現(xiàn)了風(fēng)量壓閉回路自動調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟起動和無級調(diào)整轉(zhuǎn)速，消除了電機(jī)起動時(shí)6倍的沖擊電流，避開機(jī)械共振點(diǎn)及運(yùn)轉(zhuǎn)噪音，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的振動值大幅降低，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調(diào)整風(fēng)量。變頻器可以手動控制也可以完全實(shí)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(shí)現(xiàn)加熱爐的自動保護(hù)及計(jì)算機(jī)控制，不會因鼓風(fēng)機(jī)突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負(fù)荷自動調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)輸出頻率，在約20Hz時(shí)運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行電流從原來的220A降至90A，可以同時(shí)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(fèi)60萬元。四、結(jié)束語石化產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高能耗、高污染行業(yè)。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(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)能降耗改造開辟了新的途徑。為應(yīng)對國際金融危機(jī)的影響，落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于保增長、擴(kuò)內(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)的總體要求，確保石化產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，國家編制出臺《石化產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，《規(guī)劃》中提出：“堅(jiān)持加快技術(shù)改造與推進(jìn)自主創(chuàng)新相結(jié)合。加大引進(jìn)技術(shù)的消化吸收力度，推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步。加大技術(shù)進(jìn)步與技術(shù)改造投入，設(shè)立石化產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造專項(xiàng)?！彪m然企業(yè)對節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目進(jìn)行了較大的投資，但是節(jié)能項(xiàng)目投用后的未來收益卻是巨大的。不僅降低了企業(yè)對節(jié)能項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，而且使企業(yè)設(shè)備技術(shù)升級、降低了運(yùn)行成本。目前，HYPERLINK/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，中國石化股份公司九江石化公司等一批領(lǐng)先的石油化工企業(yè)還實(shí)現(xiàn)了HYPERLINK/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。我認(rèn)為，還要抓好幾個環(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)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)，作為石油化工企業(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)、更好的使用新技術(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。HYPERLINK/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