高壓變頻器應(yīng)用在分子篩機(jī)泵中
| 摘要：撫順石油三廠是一個(gè)石油化工性企業(yè)，各生產(chǎn)裝置的機(jī)泵以往由于技術(shù)上的原因，均作定速運(yùn)動(dòng)。流量、壓力、液面等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是用調(diào)節(jié)閥來(lái)控制的，造成大量的能量損耗在閥門(mén)的阻力上。 關(guān)鍵字：高壓，變頻技術(shù)，石化，應(yīng)用 1990年開(kāi)始，我們先后在廠內(nèi)100余臺(tái)低壓電機(jī)上應(yīng)用了變頻器。節(jié)電效果很顯著，平均節(jié)電率達(dá)50%以上，各生產(chǎn)裝置的耗電量明顯下降，同時(shí)也解決了一系列相應(yīng)的設(shè)備隱患問(wèn)題。 近年來(lái)由于技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻技術(shù)已相當(dāng)成熟，設(shè)備價(jià)格也有所下降，為推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。1997年，我們首次在石油三廠關(guān)鍵生產(chǎn)裝置分子篩P501機(jī)泵上應(yīng)用高壓變頻技術(shù)取得了成功，收到非常好的效果。 1 分子篩P501機(jī)泵應(yīng)用高壓變頻器的必要性 石油三廠分子篩裝置年生產(chǎn)能力為14萬(wàn)噸，是全部采用美國(guó)UOP技術(shù)建造的一座現(xiàn)代化裝置，在撫順石化公司所屬企業(yè)工藝上起著承上啟下的作用，非常重要。 分子篩裝置中最重要的是500單元——熱油系統(tǒng)，而P501泵又是熱油系統(tǒng)的關(guān)鍵，其簡(jiǎn)單的工藝流程如圖1所示：分子篩P501泵的入口罐V501是一個(gè)高位氮封罐，具有儀表液位檢測(cè)裝置，氮?dú)獾膲毫?.5Mpa。P501熱油泵有三臺(tái)：入口壓力0.5Mpa，出口壓力額定1.94Mpa，最小連續(xù)流量366m3/h，額定流量1100m3/h，熱油溫度為300℃（-0℃-+28℃），轉(zhuǎn)速2970 r/min。P501電機(jī)三臺(tái)：額定電壓6000V，工作額定電流58.7A，電機(jī)的容量為610kW，F(xiàn)級(jí)絕緣，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2980 r/min。泵的出口總管線上有一個(gè)流量孔板。熱油出泵后，流過(guò)H501加熱爐內(nèi)盤(pán)管進(jìn)行加熱。根據(jù)裝置處理量不同，爐子要求通過(guò)熱油的流量不同并保持穩(wěn)定。副線：熱油從加熱爐出來(lái)，進(jìn)入11個(gè)重沸器，每個(gè)重沸器均有壓控閥，由DCS控制進(jìn)入各重沸器熱油的多少，多余的熱油通過(guò)副線壓控閥5FRC10回到泵的入口罐V501，11臺(tái)重沸器出口熱油進(jìn)行完熱交換后也流到泵的入口罐。 分子篩裝置投產(chǎn)一年多P501逐步暴露出一些工藝及設(shè)備上的問(wèn)題，主要有：其一、由于生產(chǎn)要求，流量為1300m3/h，而一臺(tái)泵為1100m3/h，流量不夠，所以必須開(kāi)兩臺(tái)泵才能滿足生產(chǎn)要求。因開(kāi)兩臺(tái)機(jī)泵，造成熱油系統(tǒng)壓力高，使11臺(tái)重沸器及所有熱油系統(tǒng)漏油嚴(yán)重，損失較大；其二、由于熱油流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需流量（多出300—400m3/h），造成加熱爐負(fù)荷加重，耗費(fèi)燃料增多，能量損失過(guò)大；其三、因?yàn)殚_(kāi)兩臺(tái)泵輸出的總流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所用流量，使泵的出口壓力高于額定壓力運(yùn)行（2.2—2.4Mpa），甚至多出泵的最高壓力運(yùn)行，使泵的端面密封泄漏頻繁，備件更換頻繁，人工及設(shè)備備件耗費(fèi)大；其四、由于熱油系統(tǒng)流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所需流量，300—400m3/h的熱油經(jīng)過(guò)加熱爐加熱后被迫通過(guò)副線壓控閥5FRC10回泵的入口罐，造成電機(jī)電能浪費(fèi)嚴(yán)重，基于上述原因，對(duì)P501泵進(jìn)行變頻技術(shù)改造也就非常有必要了。 2 應(yīng)用高壓變頻器可行性分析 根據(jù)96年11月25日裝置在109%負(fù)荷的實(shí)測(cè)，兩臺(tái)電機(jī)耗電1080kWh，如果通過(guò)變頻把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，保證熱油系統(tǒng)所需壓力情況下，同樣的流量，兩臺(tái)電機(jī)只需耗電580kWh，每小時(shí)凈節(jié)電500kWh，全年按8000小時(shí)計(jì)算，節(jié)電400萬(wàn)kWh，節(jié)約資金170萬(wàn)元，效益非?？捎^。 根據(jù)撫順石化公司《九八》生產(chǎn)發(fā)展規(guī)劃及撫順石化公司石油三廠關(guān)于九七年技措項(xiàng)目討論會(huì)議紀(jì)要的精神，我們開(kāi)始著手進(jìn)行高壓變頻器的可行性研究。 （1） 根據(jù)加熱爐對(duì)入口流量的需要量，泵出口流量計(jì)測(cè)出的4-20mA信號(hào)，進(jìn)DCS后與給定信號(hào)進(jìn)行比較后的差值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后作為變頻器的反饋輸入信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證流量的穩(wěn)定； （2） 由于轉(zhuǎn)速下降，泵的出口壓力也成平方關(guān)系下降，此過(guò)程應(yīng)保證導(dǎo)熱爐油能進(jìn)入爐子，進(jìn)導(dǎo)熱管后，再進(jìn)入重沸器中，再回到泵入口罐； （3） 使用變頻器后，電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)在保證泵的出口壓力前提下隨著流量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)； （4） 變頻器應(yīng)具備手動(dòng)/自動(dòng)切換功能，并具有變頻運(yùn)行停車指示，以及電流、電壓、頻率指示，以便生產(chǎn)維護(hù)人員進(jìn)行巡檢維護(hù)； （5） 變頻裝置應(yīng)具有接地、過(guò)載、短路、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)功能，并具有故障報(bào)警顯示功能； （6） 變頻裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾應(yīng)在中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。 2.1主要設(shè)備 針對(duì)分子篩熱油系統(tǒng)目前存在的工藝及設(shè)備問(wèn)題，我們決定對(duì)熱油泵P501A、B兩臺(tái)機(jī)泵進(jìn)行改造，采用美國(guó)ROBICON公司ID—CS456的電源高—低—高式高壓原裝進(jìn)口變頻器。其主要設(shè)備有： （1） 降壓變頻器（1個(gè)）：將輸入6kV電壓降為460V電壓。 （2） 變頻器（1個(gè)）：460V交—直—交變頻器，見(jiàn)圖1。 （3） 升壓變頻器（1個(gè)）：從460V變頻電壓升至6kV變頻電壓。 我們根據(jù)石油三廠的實(shí)際，設(shè)計(jì)裝置年開(kāi)工時(shí)間為8000小時(shí)。公用系統(tǒng)安排依托原有設(shè)施，不增加新的工程，整個(gè)改造建設(shè)工期為2個(gè)月。變頻器電源柜，仍為原有的沈陽(yáng)成套高壓開(kāi)關(guān)廠生產(chǎn)的ZN58型真空開(kāi)關(guān)，動(dòng)力電纜及變頻器一次保護(hù)系統(tǒng)不變。儀表的檢測(cè)用壓力表需新安裝，4-20mA控制電纜需新敷設(shè)，DCS控制系統(tǒng)利舊?？傆?jì)劃投資為400萬(wàn)元，其中變頻器費(fèi)用370萬(wàn)元，土建及電纜、儀表費(fèi)用約30萬(wàn)元。 實(shí)際的運(yùn)行分析，從泵類運(yùn)行的關(guān)系式可以看出，當(dāng)機(jī)泵降速運(yùn)行時(shí)，流量一定要滿足生產(chǎn)需要，這時(shí)的泵的揚(yáng)程（泵出口壓力）也相應(yīng)下降，實(shí)際揚(yáng)程為ｈ=ｈo×（n/no）2；但是管網(wǎng)阻力（管網(wǎng)壓力）在管網(wǎng)不變的情況下，R不變，即管網(wǎng)壓降與流量平方成正比，在正常情況下，雖然泵的轉(zhuǎn)速下降，泵出口壓力與管網(wǎng)壓降按同一比例下降，不會(huì)影響裝置的安全生產(chǎn)。 應(yīng)用變頻器之后，可以達(dá)到以下效果： · 滿足生產(chǎn)工藝自動(dòng)化控制的要求，由于響應(yīng)準(zhǔn)確靈敏，所以可保證正常生產(chǎn)的平穩(wěn)可靠。 · 節(jié)電效果非常顯著 · 減少機(jī)泵、密封及管線等的維護(hù)保養(yǎng)量 · 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度 3 應(yīng)用效果分析 經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的運(yùn)行來(lái)看，已經(jīng)達(dá)到各項(xiàng)要求的技術(shù)指標(biāo)。 3.1 工藝控制方案可靠準(zhǔn)確 根據(jù)加熱爐出口壓力檢測(cè)信號(hào)（信號(hào)和流量具有平方關(guān)系），DCS輸出4—20mA信號(hào)進(jìn)入變頻器做為變頻器的給定信號(hào)。管線的壓力檢測(cè)計(jì)給出的4—20mA信號(hào)進(jìn)入DCS后，DCS給出兩個(gè)控制方案，一個(gè)方案是在變頻器均出現(xiàn)故障時(shí)采用變頻器手動(dòng)工頻工作，系統(tǒng)仍控制副線壓控閥工作，另一個(gè)方案是將此信號(hào)送入變頻器，變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保證流量（壓力）的穩(wěn)定性，這一閉環(huán)控制系統(tǒng)是非常成熟的。 3.2 控制效果非常好 （1） 轉(zhuǎn)速下降。泵出口壓力成平方關(guān)系下降，即在保證導(dǎo)熱油能打入爐子，進(jìn)入重沸器的基礎(chǔ)上，降低壓力值，這樣就會(huì)大大減少重沸器及管線接頭部位泄漏，減少導(dǎo)熱油消耗。 （2） 轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)。保證加熱爐入口流量，不走副線，會(huì)大大降低爐子燃料消耗，節(jié)約能源。 （3） 轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)。使出口壓力可以大大降低，大大減少泵的密封泄漏，同時(shí)大大減輕了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械磨損并延長(zhǎng)了電機(jī)壽命。 （4） 由于不走副線，大大減少電機(jī)無(wú)用做功，節(jié)電效果非常顯著。 此次石油三廠分子篩P501機(jī)泵變頻技術(shù)改造是撫順石油三廠97年的重點(diǎn)技術(shù)改造項(xiàng)目，不僅關(guān)系到全年的扭虧為盈，是一個(gè)挖潛增效的有效手段，而且能夠解決石油三廠分子篩熱油系統(tǒng)（UNIT500）目前存在的設(shè)備隱患，對(duì)今后石油三廠安全生產(chǎn)有著極其重大的意義。 4 運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法 在應(yīng)用變頻器期間，我們也遇到幾個(gè)比較棘手的實(shí)際問(wèn)題，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，終于一一解決。 4.1變頻器發(fā)熱問(wèn)題 由于變頻器是由輸入輸出變壓器以及整流逆變的功率元件構(gòu)成的設(shè)備，所以工作中散熱是必須很好解決的問(wèn)題。盡管電流源型變頻器的效率很高，但仍有5.12%的損失，以熱量形式散發(fā)在柜內(nèi)。正常工作時(shí)，變頻器本身的內(nèi)置排風(fēng)扇工作以便柜內(nèi)空氣能夠流通。 12月份，盡管是冬季（戶外-25℃），但變頻器室內(nèi)由于兩臺(tái)變頻器的運(yùn)行，室內(nèi)溫度仍然在30～40℃之間（2臺(tái)5P空調(diào)均正常工作情況下），98年元月31日17：35：00分就發(fā)生過(guò)變頻器整流超溫（限度40℃）停車的事故，因此解決好室內(nèi)的降溫工作就非常必要，否則在夏季高溫條件下變頻器將無(wú)法正常工作。 經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)查研究，最后采取水冷空調(diào)器（2臺(tái)15P）的方案，從7月份施工完畢運(yùn)行效果來(lái)看，確實(shí)解決了這一問(wèn)題經(jīng)常運(yùn)行溫度為20～23℃之間。 4.2 變頻器A、B兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行出力不平衡的問(wèn)題 98年2月份，分子篩A、B兩臺(tái)變頻器均單獨(dú)調(diào)試完畢。由于生產(chǎn)需要，熱油量提高到1500t/h，開(kāi)A、B兩臺(tái)泵，出現(xiàn)兩臺(tái)出力不平衡的問(wèn)題，流量不穩(wěn)。以2月5日為例： 一次電流 百分輸出值 頻率 輸出電壓 輸出電流 出口壓力 P501A 60A 94% 48Hz 458V 950A 1.1MPA P501B 60A 94% |
