摘 要：闡述了電機變頻調速技術在煉油企業(yè)中的水泵、油泵、風機上的應用，收到了良好的節(jié)電效果，一般節(jié)電在30%以上。變頻調速技術可靠，利于安全、環(huán)保及延長電機的使用壽命，可廣泛應用于煉油行業(yè)。 關鍵詞：變頻器；煉油廠；節(jié)電 近幾年來，隨著電子技術的迅猛發(fā)展，變頻調速技術的日益成熟，變頻器價格的相對下降，節(jié)電‘效果明顯，使得變頻器在煉油工業(yè)中得到了廣泛的應用。國內較大煉油廠己在常減壓、催化裂化、延遲焦化、酮苯脫蠟、糠醛精制、氣體分餾等裝置上不同程度地使用了變頻器，均收到了40%～60%的節(jié)電效果。 我公司于20世紀90年代初，首先，在排水車間的污水提升泵上安了 FRNP7系列變頻器，經過一年時間的運行，證明變頻調速技術可靠，節(jié)電效果顯著，可以推廣應用，于是，又先后購進了40多臺變頻器，安裝在常減壓、催化裂化、氣體分餾、氣體儲運、油品儲運、鍋爐、加熱爐風機、供水泵上等。有的采用了閉環(huán)控制，有的采用了開環(huán)控制，均以轉速調節(jié)流量，泵出口閥、調節(jié)閥全開，取得了較大的節(jié)電效果，全年節(jié)電可達400 ×10[sup]4[/sup]kW•h以上。 1 變頻器的節(jié)電原理 1．1 變頻器工作原理 變頻器電路基本工作原理為：三相交流電源經二級管整流橋輸出恒定的直流電壓，由六組大功率晶體管組成逆變器，利用其開關功能，由高頻脈寬調制（PWM）驅動器按一定規(guī)律輸出脈沖信號，控制晶體管的基極，使晶體管輸出一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形，其幅值為逆變器直流側電壓 Vd而寬度則按正弦規(guī)律變化，這一組脈沖可以用正弦波來等效，此脈沖電壓用來驅動電機運轉，通過控制 PWM驅動器輸出波形的幅值和頻率，即可改變晶體管輸出波形的頻率和電壓，達到變頻調速的目的。 1．2 節(jié)電原理 在生產中，許多設備的能耗都與機組的轉速有關，其中油、水泵最為突出，這些設備一般都是根據(jù)生產中可能出現(xiàn)的最大負荷條件，如最大流量和揚程進行選擇的，但實際生產中所需的流量往往比設計的最大流量小的多，如果所用的電動機是不能調速的，通常只能通過調節(jié)閥門的開度來控制流量其結果在閥門上會造成很大的能量損耗，如果不用閥門調節(jié)，而是讓電機調速運行，那么，當需要的流量減少時，電動機的轉數(shù)降低，消耗的能量將會明顯減少。 根據(jù) 可知，當轉速下降1/2時，流量下降1/2，壓力下降 1/4，功率下降為1/8，即功率與轉速成3次方的關系下降。如果不是用關小閥門的方法，而是把電機轉速降下來，那么隨著泵的輸出壓頭的降低，在輸出同樣流量的情況下，原來消耗在閥門上的功率就可以完全避免，這就是調速節(jié)電的原理所在。簡單地說，就是在不裝變頻調速裝置時，泵的出口排量靠出口閥調節(jié)，電機易過負荷，流量小時，靠關小閥門調節(jié)，增加了管道阻力， 使部分能量白白消耗在泵出口閥門上，安裝變頻調速器后， 可以降低泵的轉速，泵的揚程也相應降低， 電機的電耗也相應降低，使原來消耗在泵出口閥上的能量， 用變頻調速方法得到了解決。由于采用恒轉矩特性， 變頻降速后的電機轉矩不變，拖動力矩恒定，可以保證排量，從而實現(xiàn)了節(jié)約電能的作用。 2 變頻器的應用 2．1 變頻器在水泵上的應用 我公司第一臺變頻器是用在污水提升泵上的，型號是FRN75-P74的日本富士產品。由于當時對變頻器的性能，可靠性等并不十分了解，所以在污水提升泵上應用變頻器屬于試驗性質的。第一臺變頻器投用后，電機工作電流下降了近50%，電機運行溫度明顯下降，機械磨損減少了，維護工作量也減少了，運行中發(fā)現(xiàn)，變頻器各種保護功能可靠，消除了因電機過載或單相運行而燒毀電機的現(xiàn)象，確保了安全運行。 根據(jù)污水提升泵應用變頻器的效果，我公司又在生活飲用水和生活熱水泵上安裝了變頻調速器。飲用水和熱水泵電機的功率分別是 55 kw 和 37kw，白天用水量大，需將泵的出口閥全打開，而夜間用水量較小，需適當關小出口閥，而關小出閥的后果是造成泵憋壓，管網(wǎng)被憋漏的情況也時有發(fā)生，為了解決以上問題在飲用水和熱水泵上分別安裝了變頻器，采用了恒壓閉環(huán)控制方案。投用后，運行平穩(wěn)，未出現(xiàn)任何故障，即解決了憋壓問題又收到了較好的節(jié)電效果。 2.2 變頻器在油泵上的應用 我公司共有各類油泵上百臺，總裝機容量為近萬kw，其中，最大電機容量為500kw。在近幾年的工藝改造過程中，為了適應今后生產發(fā)展的需要，泵和電機的富裕量都較大，以常減壓裝置為例，主要機泵的能力可以達到每年加工原油250×10[sup]4[/sup] t。而實際生產中，每年的實際加工量為（l00～140）×10[sup]4[/sup]t。調查結果表明，泵的功率消耗在泵出口閥和控制閥上為30%～60%。所以在油泵上應用變頻器將有較大的節(jié)能潛力。 （l）變頻器在煉油裝置上的應用 根據(jù)變頻在水泵上的應用效果及油泵的運行現(xiàn)狀，首先選擇了常減壓裝置的一、二中段回流油泵安裝變頻器。為了安全穩(wěn)妥，控制采用了開環(huán)、閉環(huán)、調節(jié)閥控制可以互相切換的方案，投用后，效果明顯。一中泵轉速由2950r/而n降為990r/min，節(jié)電達35%，二中段泵轉速由2950r/min降為650r/min，節(jié)電43%。運行結果表明，閉環(huán)控制方案更能發(fā)揮變頻器的優(yōu)點，該裝置在以后安裝的常頂及一、二、三線泵，減一線泵上的變頻器均采用了閉環(huán)控制。大面積應用變頻器以后，節(jié)電效果明顯，全年節(jié)電約100×10[sup]4[/sup]kW•h。 重油催化裝置設計加工能力80×10[sup]4[/sup]t/a，而實際加工量不足70×10[sup]4[/sup]t/a少血，機泵設計的富裕量也較大。該裝置是我公司的耗電大戶，為了降低裝置電耗，先后在原料、回煉油、頂循環(huán)、吸收塔進料、液態(tài)烴外送泵上安裝了變頻器， 電節(jié)在 30%～ 60%，全年可節(jié)電80×10[sup]4[/sup]tkW•h。同時還解決了液態(tài)烴泵漏，故障較頻繁等設備問題。 氣體分餾裝置于1994年11月建成并投產，設計加工能力為12×10[sup]4[/sup]t/a擴血，當時由于原料不足，加工量僅維持6×10[sup]4[/sup]t/a左右。盡管塔盤進行了堵孔，測量孔板進行了調整，可以維持生產，但是，按當時生產量，機泵過大，用控制閥調節(jié)，也不能維持正常生產。為了解決這一生產難題，在脫乙烷塔回流泵、精丙烯塔中間泵、精丙烯塔頂回流泵上安裝了變頻器，投用后，調節(jié)精度滿足了生產要求，調節(jié)準確及時，操作平穩(wěn)，產品質量合格，節(jié)電效果在30%～60%，年節(jié)電60×10[sup]4[/sup]tkW•h，達到了既解決生產難題，又節(jié)約了電耗的目的。 （2）變頻器在油品儲運系統(tǒng)上的應用 我公司每年都有（50～70） ×10[sup]4[/sup]t的汽、柴油出廠，為了提高裝車速度，汽、柴油裝車泵的電機容量都較大，均為132kw， 裝車開始時，機泵可以滿負荷運行，隨著裝車的不斷進行，輸送的油量需逐漸減少，泵出口閥逐漸關小，以調節(jié)流量，當裝到最后幾節(jié)車時，出口閥關至最小，造成泵憋壓，以至于泵被憋漏，泵房內油氣濃度嚴重超標，所以該泵房被公司列為重大安全隱患，為了解決這一矛盾，汽、柴油先后安裝了變頻器，投用后，電壓，電流均有所降低，憋壓現(xiàn)象消除了，流量調節(jié)靈活。員工在操作室內，根據(jù)站臺上的裝車情況及時調節(jié)流量，勞動強度也大大減輕了。 液態(tài)烴儲運系統(tǒng)同樣存在以上現(xiàn)象，先后在氣分送料泵，疊合送料泵上安裝了容量均為為 18.5kw 的變頻器，解決了憋壓問題，送料均勻，為氣分，疊合兩套裝置的平穩(wěn)操作創(chuàng)造了條件。 2.3 變頻器在風機上的應用 由于鍋爐是煉油企業(yè)的主要動力，而鍋爐鼓風機是鍋爐系統(tǒng)主要耗電設備，運行中常有風機震動，軸溫過高等現(xiàn)象，所以在鼓風機上安裝變頻器具有重要意義。選用的變頻調速裝置應具備多種保護功能，才能較好的保障鍋爐運行的安全性和可靠性。 經過對鍋爐運行狀況的調查和認真分析，認為在鍋爐鼓風機安裝變頻器，須在技術上解決以下問題。 （l）鍋爐的安全運行是全公司動力的根本保證，雖然變頻調速裝置是可靠的， 但發(fā)生問題時，須確保鍋爐安全供汽。所以，必須實現(xiàn)工頻一變頻調速運行的自動切換。 （2）鍋爐風機的拖動電機容量為135kw，對于這種大慣量負荷的風機，可能存在扭曲共振。運行中，一旦發(fā)生共振，將嚴重損壞風機和拖動電機。所以，必須計算風機一電機連接軸系扭振臨界轉速以及采取相應的技術措施。 針對以上問題，采取了如下辦法。 （1）設置了由工頻切換至變頻及變頻切至工頻的快速瞬時切換工能。 經過現(xiàn)場試驗及實際應用，切換功能保證了工頻一變頻間快速瞬時互相切換，能夠滿足風機運行過程中的切換要求。 （2）為了進一步分析風機一電機系統(tǒng)是否可能存在扭曲共振問題，經查閱有關資料及結構圖，獲得了風機一電機軸系扭振固有頻率為：第一階扭振固有頻率為1222.4Hz，第二階為3867.4Hz。由此可以得出，在0～50HZ 調速絕不會出現(xiàn)扭曲共振。 鍋爐鼓風機安裝變頻器后，收到了以下效果。 （1）適當降低爐膛壓力可以大幅度地降低風機電耗。當鍋爐負荷均為 50 t/h，燃燒工況及操作條件相似的情況下，安裝變頻器前后的電機電流由180A降為90A，按年8000h計算，年節(jié)電30×10[sup]4[/sup]kw•h。 （2）由于操作控制調節(jié)系統(tǒng)的改善，使燃燒工況趨于低氧燃燒，提高了鍋爐熱效率。風機變頻安裝前，鍋爐風量控制手段是調節(jié)風機入口擋板和火嘴風門，入口擋板的調節(jié)方法即不靈活又十分粗略，無法進行風量的準確調節(jié)，為此，操作中風量往往過大。實現(xiàn)變頻調速后，鍋爐燃燒過程中氧含量的控制十分方便準確。在操作室就可以對鍋爐燃燒所需的風量進行微量調節(jié)，使燃燒工況趨于低氧燃燒，過剩空氣系數(shù)由1.2降為1.1，鍋爐熱效率提高0.8個百分點，降低了燃料消耗，年節(jié)約燃燒油 200～500t。 （3）提高了功率因數(shù)。變頻調速裝置上增加了直流電抗器附件，這樣即可以防止變頻器產生的高次諧波污染電源，也可防止沖擊電流，保護整流模塊。并使功率因數(shù)提高到0.95以上。 3 結論與應注意的問題 通過變頻器在煉油廠中的應用可以看出，變頻器有諸多優(yōu)點，現(xiàn)歸納如下。 （1）變頻調速技術可靠，可廣泛用于煉油企業(yè)中的風機、水泵、油泵等異步電機上，節(jié)電效果明顯，一般節(jié)電在30%以上。 （2）采用變頻調速器帶動異步電機的調速方式，可以實現(xiàn)從零轉數(shù)到任意轉數(shù)的平滑啟動，電流小，升速快，沒有啟動時的沖擊電流。而且保護功能完善，操作方便、準確，調節(jié)精度高，取消了閥門控制，實現(xiàn)了閉環(huán)控制。 （3）使用變頻調速器后，由于沒有了一般電機啟動時的5～7倍于額定電流的沖擊電流，使電氣開關過負荷損壞的可能性減少，也使變壓器減小了沖擊，提高了變壓器的使用效率，避免了大電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊。 （4）可延長機泵的使用壽命。由于電機長期在低于額定轉速的狀態(tài)下運行，電機及風機的軸承不易損壞，電機發(fā)熱量也減少了。停機時間減少，節(jié)約了大量維修費用。 （5）減少了噪聲污染。由于變頻調速技術是用調節(jié)電機轉數(shù)來控制流量的，一般情況下，使用變頻的電機，均在低于額定轉速的工況下運轉，噪聲較使用變頻器前明顯減輕，對提高工業(yè)衛(wèi)生水平起了一定的作用。 （6）氣動調節(jié)閥與工藝介質直接接觸，腐蝕性介質會對調節(jié)閥產生腐蝕及沖刷，而變頻器通過電信號控制電機轉速，調節(jié)流量，則無此情況，比調節(jié)閥穩(wěn)定得多。用其代替調節(jié)閥后，儀表維護量大大減少。 變頻器雖然有許多優(yōu)點，但是，在使用過程中，尚需注意下列問題。 （1）選用變頻器時一定要滿足工藝要求，在某種特定的環(huán)境下，機泵因揚程、流量所限制，變頻不一定適用。對負荷較高且運行情況變化不頻繁的機泵不易采用變頻器。 （2）電機匹配的變頻器功率一般要選定等于或高于電機功率，選型要選用等級較高的，且能滿裝置與儀表配套并能夠實行閉環(huán)控制的變頻器。 （3）變頻調速技術需要電氣、儀表、工藝、設各專業(yè)人員的密切配合，以保證安裝質量。 （4）多數(shù)生產裝置儀表控制閥大都采用風關閥，安裝變頻器后，風關改為風開調節(jié)，需要在儀盤上注明，或者加一電子模塊使之統(tǒng)一，以免造事故。