摘要：撫順石油三廠是一個石油化工性企業(yè)，各生產(chǎn)裝置的機泵以往由于技術(shù)上的原因，均作定速運動。流量、壓力、液面等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)是用調(diào)節(jié)閥來控制的，造成大量的能量損耗在閥門的阻力上。 關(guān)鍵字：高壓，變頻技術(shù)，石化，應(yīng)用 1990年開始，我們先后在廠內(nèi)100余臺低壓電機上應(yīng)用了變頻器。節(jié)電效果很顯著，平均節(jié)電率達50%以上，各生產(chǎn)裝置的耗電量明顯下降，同時也解決了一系列相應(yīng)的設(shè)備隱患問題。 近年來由于技術(shù)的發(fā)展，高壓變頻技術(shù)已相當成熟，設(shè)備價格也有所下降，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14萬噸，是全部采用美國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。 [align=center] 圖1 500單元-熱油系統(tǒng)工藝流程示意圖[/align] 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，其簡單的工藝流程如圖1所示：分子篩P501泵的入口罐V501是一個高位氮封罐，具有儀表液位檢測裝置，氮氣的壓力為0.5Mpa。P501熱油泵有三臺：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電機三臺：額定電壓6000V，工作額定電流58.7A，電機的容量為610kW，F(xiàn)級絕緣，電機的額定轉(zhuǎn)速為2980 r/min。泵的出口總管線上有一個流量孔板。熱油出泵后，流過H501加熱爐內(nèi)盤管進行加熱。根據(jù)裝置處理量不同，爐子要求通過熱油的流量不同并保持穩(wěn)定。副線：熱油從加熱爐出來，進入11個重沸器，每個重沸器均有壓控閥，由DCS控制進入各重沸器熱油的多少，多余的熱油通過副線壓控閥5FRC10回到泵的入口罐V501，11臺重沸器出口熱油進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)備上的問題，主要有：其一、由于生產(chǎn)要求，流量為1300m3/h，而一臺泵為1100m3/h，流量不夠，所以必須開兩臺泵才能滿足生產(chǎn)要求。因開兩臺機泵，造成熱油系統(tǒng)壓力高，使11臺重沸器及所有熱油系統(tǒng)漏油嚴重，損失較大；其二、由于熱油流量遠遠大于所需流量（多出300—400m3/h），造成加熱爐負荷加重，耗費燃料增多，能量損失過大；其三、因為開兩臺泵輸出的總流量遠遠大于所用流量，使泵的出口壓力高于額定壓力運行（2.2—2.4Mpa），甚至多出泵的最高壓力運行，使泵的端面密封泄漏頻繁，備件更換頻繁，人工及設(shè)備備件耗費大；其四、由于熱油系統(tǒng)流量遠遠大于所需流量，300—400m3/h的熱油經(jīng)過加熱爐加熱后被迫通過副線壓控閥5FRC10回泵的入口罐，造成電機電能浪費嚴重，基于上述原因，對P501泵進行變頻技術(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%負荷的實測，兩臺電機耗電1080kWh，如果通過變頻把電機轉(zhuǎn)速降下來，保證熱油系統(tǒng)所需壓力情況下，同樣的流量，兩臺電機只需耗電580kWh，每小時凈節(jié)電500kWh，全年按8000小時計算，節(jié)電400萬kWh，節(jié)約資金170萬元，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)于九七年技措項目討論會議紀要的精神，我們開始著手進行高壓變頻器的可行性研究。 （1） 根據(jù)加熱爐對入口流量的需要量，泵出口流量計測出的4-20mA信號，進DCS后與給定信號進行比較后的差值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后作為變頻器的反饋輸入信號，控制電機的轉(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，此過程應(yīng)保證導(dǎo)熱爐油能進入爐子，進導(dǎo)熱管后，再進入重沸器中，再回到泵入口罐； （3） 使用變頻器后，電機轉(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調(diào)節(jié)； （4） 變頻器應(yīng)具備手動/自動切換功能，并具有變頻運行停車指示，以及電流、電壓、頻率指示，以便生產(chǎn)維護人員進行巡檢維護； （5） 變頻裝置應(yīng)具有接地、過載、短路、過壓、過流保護功能，并具有故障報警顯示功能； （6） 變頻裝置對電網(wǎng)的諧波干擾應(yīng)在中國國家標準規(guī)定的范圍內(nèi)。 2.1主要設(shè)備 針對分子篩熱油系統(tǒng)目前存在的工藝及設(shè)備問題，我們決定對熱油泵P501A、B兩臺機泵進行改造，采用美國ROBICON公司ID—CS456的電源高—低—高式高壓原裝進口變頻器。其主要設(shè)備有： [align=center] 圖2 交—直—交變頻器[/align] （1） 降壓變頻器（1個）：將輸入6kV電壓降為460V電壓。 （2） 變頻器（1個）：460V交—直—交變頻器，見圖1。 （3） 升壓變頻器（1個）：從460V變頻電壓升至6kV變頻電壓。 我們根據(jù)石油三廠的實際，設(shè)計裝置年開工時間為8000小時。公用系統(tǒng)安排依托原有設(shè)施，不增加新的工程，整個改造建設(shè)工期為2個月。變頻器電源柜，仍為原有的沈陽成套高壓開關(guān)廠生產(chǎn)的ZN58型真空開關(guān)，動力電纜及變頻器一次保護系統(tǒng)不變。儀表的檢測用壓力表需新安裝，4-20mA控制電纜需新敷設(shè)，DCS控制系統(tǒng)利舊。總計劃投資為400萬元，其中變頻器費用370萬元，土建及電纜、儀表費用約30萬元。 實際的運行分析，從泵類運行的關(guān)系式可以看出，當機泵降速運行時，流量一定要滿足生產(chǎn)需要，這時的泵的揚程（泵出口壓力）也相應(yīng)下降，實際揚程為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，不會影響裝置的安全生產(chǎn)。 應(yīng)用變頻器之后，可以達到以下效果： · 滿足生產(chǎn)工藝自動化控制的要求，由于響應(yīng)準確靈敏，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 · 減少機泵、密封及管線等的維護保養(yǎng)量 · 降低工人勞動強度 經(jīng)過幾年來的運行來看，已經(jīng)達到各項要求的技術(shù)指標。 3.1 工藝控制方案可靠準確 根據(jù)加熱爐出口壓力檢測信號（信號和流量具有平方關(guān)系），DCS輸出4—20mA信號進入變頻器做為變頻器的給定信號。管線的壓力檢測計給出的4—20mA信號進入DCS后，DCS給出兩個控制方案，一個方案是在變頻器均出現(xiàn)故障時采用變頻器手動工頻工作，系統(tǒng)仍控制副線壓控閥工作，另一個方案是將此信號送入變頻器，變頻器進行調(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，進入重沸器的基礎(chǔ)上，降低壓力值，這樣就會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)速自動調(diào)節(jié)。保證加熱爐入口流量，不走副線，會大大降低爐子燃料消耗，節(jié)約能源。 （3） 轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)。使出口壓力可以大大降低，大大減少泵的密封泄漏，同時大大減輕了整個傳動系統(tǒng)的機械磨損并延長了電機壽命。 （4） 由于不走副線，大大減少電機無用做功，節(jié)電效果非常顯著。 此次石油三廠分子篩P501機泵變頻技術(shù)改造是撫順石油三廠97年的重點技術(shù)改造項目，不僅關(guān)系到全年的扭虧為盈，是一個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，對今后石油三廠安全生產(chǎn)有著極其重大的意義。 4 運行中出現(xiàn)的問題及解決辦法 在應(yīng)用變頻器期間，我們也遇到幾個比較棘手的實際問題，經(jīng)過長期的努力，終于一一解決。 4.1變頻器發(fā)熱問題 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，變頻器本身的內(nèi)置排風扇工作以便柜內(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)由于兩臺變頻器的運行，室內(nèi)溫度仍然在30～40℃之間（2臺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法正常工作。 經(jīng)過廣泛調(diào)查研究，最后采取水冷空調(diào)器（2臺15P）的方案，從7月份施工完畢運行效果來看，確實解決了這一問題經(jīng)常運行溫度為20～23℃之間。 4.2 變頻器A、B兩臺同時運行出力不平衡的問題 98年2月份，分子篩A、B兩臺變頻器均單獨調(diào)試完畢。由于生產(chǎn)需要，熱油量提高到1500t/h，開A、B兩臺泵，出現(xiàn)兩臺出力不平衡的問題，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% 48Hz 460V 700A 1.4MPA A臺泵流量平衡，壓力一定，但B臺流量不穩(wěn)，壓力在1.4MPA范圍波動很大?；谶@種現(xiàn)象，大家分析原因并逐項落實： · B臺、A臺可能由于工藝管線的位置不同，存在阻力不同的問題，或入口過濾器堵了，但經(jīng)過大檢修檢查無問題。 · A、B兩臺泵轉(zhuǎn)速不同，壓力不一樣。后在3月份電工利用轉(zhuǎn)速表測試兩臺電機轉(zhuǎn)速相同。 · A、B泵的特性不同，但原來的96、97年以前也均相同，所以不是這個原因。 · 液位是假的。泵的入口吸不到介質(zhì)造成，后經(jīng)過4月7日儀表同工藝兩家查找，是這個原因。具體為V501罐出現(xiàn)罐存實際低于20%的液位，直接影響了兩臺機泵大流量吸入的要求，使分子篩出現(xiàn)了近2個月的流量不穩(wěn)的情況中，經(jīng)過大家的努力，這個問題已解決了。 4.3 關(guān)于電機在低轉(zhuǎn)速時能否正常油圈甩油潤滑瓦的問題。 由于電機前后軸瓦需要油圈甩油潤滑方式，可能出現(xiàn)電機在低轉(zhuǎn)速時影響電機油圈的甩油質(zhì)量。為此7月20日在相關(guān)人員的配合下，將前后軸瓦外小蓋打開，分別標定了60%，80%，100%幾種狀態(tài)的潤滑情況，認為雖然流量減少，但還是可以滿足潤滑的需要的，經(jīng)實際運行證明，潤滑沒有問題，如運行中保持高油位會更可靠。 4.4 P501電機串軸問題 P501電機（Siemens）自從引進以來就出現(xiàn)串軸問題，串軸量達到6mm，造成一系列問題。經(jīng)過分析是由于電機磁場平衡未解決好，測試轉(zhuǎn)子的硅鋼片為600mm，定子的硅鋼片為612mm，如果兩個鐵芯的軸向中心相對，則不會產(chǎn)生軸向力，而這三臺電機中的A、C內(nèi)為鐵芯一面相對，則會產(chǎn)生軸向力。電機軸承在6mm之間軸向運行，當?shù)捷S瓦護臺以后又會碰回來，所以我們看到的就是6mm左右的串軸。6mm的串軸是機泵無法承受到的，造成電機與泵的彈性聯(lián)軸節(jié)運行不了一個月就損壞，彈性聯(lián)軸節(jié)失效后，泵密封、泵端環(huán)損壞頻繁。 目前，P501A已經(jīng)由鞍山電機廠處理完畢，徹底解決了軸向尺寸問題，C臺軸轉(zhuǎn)子重力中心與磁場中心差別不象A臺那么大，通過調(diào)整瓦墊已調(diào)整相對滿意。B臺尺寸比較好，不存在上述問題。 以上是變頻器期間碰到和解決的幾個大問題，還有許多小問題，我們邊工作邊解決了，有力保證了廠節(jié)能項目工作的開展。 總之，通過引進變頻技術(shù)后，分子篩原來存在的問題全部解決，多年來保證了分子篩裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)。 參考文獻 [1] 滿永奎，韓安榮，吳成東等. 通用變頻器及其應(yīng)用[M>. 北京：機械工業(yè)出版社，1990. [2] Theodore Wildi. 電機、托動及電力系統(tǒng)[M>. 北京：科學出版社 ，2002. [3] 黃 俊. 半導(dǎo)體變流技術(shù)[M>. 北京：機械工業(yè)出版社， 1990. [4] ROBICON.《ID-CSI 456 SERIES Microprocessor Controlled Current Source Inverter（40 Hp through 1500Hp） OPERATIONS MANUAL》使用說明書1996（10）