■ 中國(guó)石化集團(tuán)公司 九江石油化工總廠 汪學(xué)峰

1 前言

中國(guó)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(guó)有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國(guó)石化長(zhǎng)江沿江主要煉化企業(yè)之一。該公司努力挖潛增效、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，公司積極開(kāi)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(duì)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(lái)，富士、東芝、西門(mén)子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號(hào)的變頻器，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(duì)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、聚丙烯擠壓造粒機(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(dòng)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。

實(shí)踐證明，應(yīng)用電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)控制風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載是一種先進(jìn)、科學(xué)的控制方法。利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)軟件，可以根據(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)設(shè)備故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，從而實(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，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，推進(jìn)了石油化工企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。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5000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2010年3月，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16000 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4200萬(wàn)KWh，每年僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)2500多萬(wàn)元，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)、材料費(fèi)100多萬(wàn)元。以下為變頻調(diào)速技術(shù)在九江石化公司煉油、化肥、化工等生產(chǎn)裝置設(shè)備中的應(yīng)用。

2 變頻調(diào)速技術(shù)在煉油裝置加熱爐鼓風(fēng)機(jī)的應(yīng)用

加熱爐鼓風(fēng)機(jī)是公司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185kW，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。

加熱爐鼓風(fēng)機(jī)原設(shè)計(jì)方案負(fù)載是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來(lái)設(shè)計(jì)選型，留有10%以上的較大余量。此外，隨著常減壓裝置加工量、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、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)用中加熱爐鼓風(fēng)機(jī)大部分工作時(shí)間并非處于滿負(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)則導(dǎo)致電能浪費(fèi)；采用傳統(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、壓力等工藝參數(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(mén)節(jié)流壓降上，造成極大的電能損失和浪費(fèi)。按年運(yùn)行8760h計(jì)算，原設(shè)計(jì)1臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)每年消耗電能162萬(wàn)KWh，電費(fèi)高達(dá)97萬(wàn)元。

為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動(dòng)化控制水平，使控制方案與實(shí)際負(fù)荷相匹配，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟(jì)效益。2009年3月，九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對(duì)加熱爐鼓風(fēng)機(jī)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，提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)效率。選用東芝公司專(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(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(guò)變頻節(jié)能改造投用一年來(lái)，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)軟啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，消除了電機(jī)啟動(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、儀表聯(lián)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20Hz時(shí)運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行電流從原來(lái)的220A降至90A，可同時(shí)滿足常減壓裝置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)約60萬(wàn)元。

3 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)料泵為西門(mén)子電動(dòng)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28.52m?/h。

原系統(tǒng)采用控制出口閥門(mén)的方法進(jìn)行控制，即差壓變送器檢測(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：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)大量電能；控制精度低，出口流量波動(dòng)較大；電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變消耗電能；電機(jī)噪聲較大，泵和管線閥門(mén)壓力較大，易造成密封面泄漏，影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2003年5月，公司利用化肥裝置檢修的時(shí)機(jī)，選用西門(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8000h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%×75kW×8000h＝42萬(wàn)kW?h；節(jié)約電費(fèi)約25.2萬(wàn)元。

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，降低了電機(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)量大幅減少。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，由于變頻器具有軟啟動(dòng)功能，減小了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運(yùn)行1年來(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。

4 結(jié)束語(yǔ)

石化產(chǎn)業(yè)是國(guó)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(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。變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和安全易控、優(yōu)質(zhì)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、高精度控制工藝參數(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。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已在石油化工行業(yè)的不同領(lǐng)域、不同深度得到了推廣和應(yīng)用。