丁大衛(wèi) 盧彥（錦西石化公司）

高壓變頻調(diào)速器在加氫原料油泵上的應(yīng)用

丁大衛(wèi) 盧彥（錦西石化公司）

對(duì)錦西石化100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置原料油泵增設(shè)高壓變頻調(diào)速器的可行性進(jìn)行了分析，使用變頻器每年可節(jié)省大量電能，既優(yōu)化了生產(chǎn)操作，又有利于設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，原料增壓泵的轉(zhuǎn)速不能無限制地降低，控制系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)系統(tǒng)壓力-機(jī)泵轉(zhuǎn)速串級(jí)控制以維持生產(chǎn)的平穩(wěn)。

原料油泵 變頻調(diào)速器 綜合能耗 效益

錦西石化分公司100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置原料油進(jìn)料泵是該裝置的主要設(shè)備之一，為裝置的生產(chǎn)提供高壓混合原料油。裝置原料油泵采取的是一開一備的配置模式，其中1臺(tái)為日本進(jìn)口的4BP-1213多級(jí)離心泵，另1臺(tái)為沈陽水泵廠生產(chǎn)的TD175-170×10多級(jí)離心泵。因裝置原料油泵出口閥開度常年在50%左右，研究決定，對(duì)功率較大的國(guó)產(chǎn)TD175-170×10多級(jí)離心泵進(jìn)行變頻改造。

1 離心泵變頻改造

離心泵的主要參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)

1.1 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法

異步電動(dòng)機(jī)定子三相對(duì)稱繞組空間成120°角，通以三相對(duì)稱電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（亦稱同步轉(zhuǎn)速）為：

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率為：

式中：

f1——定子繞組電源頻率；

p——磁場(chǎng)對(duì)數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率；

n——異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

由式（3）可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：

◇改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)調(diào)速；

與爆燃不同，表面點(diǎn)火一般是在正?；鹧鏌街坝蔁霟嵛稂c(diǎn)燃混合汽所致，沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶，主要是由活塞、連桿、曲軸等運(yùn)動(dòng)部件受到?jīng)_擊負(fù)荷產(chǎn)生振動(dòng)而造成。

◇改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速；

◇改變供電電源頻率調(diào)速。

1.2 可行性效益分析

正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵的性能曲線見圖1[1]。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：流量Q=125 t/h，出口壓力P=15 MPa，電動(dòng)機(jī)電流I=102 A，泵的軸功率P=921.1 kW，泵效率η=74%，泵轉(zhuǎn)速n=2 980 r/min，原料油密度ρ=0.786 g/cm3，管路特性曲線H=A+BQ2。

同一臺(tái)泵，葉輪直徑不變，改變轉(zhuǎn)速，其性能依照比例定律：

正常操作時(shí)反應(yīng)器入口壓力約為10.48 MPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管路壓降及設(shè)備壓降損耗，最大約為0.55 MPa。因此，泵出口壓力為10.48+0.55=11.03 MPa時(shí)，即可滿足系統(tǒng)需要，此時(shí)有效揚(yáng)程H=11.03×100/0.786=1 403 m，而實(shí)際操作時(shí)揚(yáng)程H=15×100/0.786=1 908 m。

由該泵性能曲線上查出預(yù)期工作點(diǎn)A：

依據(jù)比例定律[2]：

泵的輸出功率 Pu=ρgQH/1000 kW=0.786×1 000×9.8×187×1 403/（3 600×1 000） =561 kW

泵的軸功率 PD=561/0.74=758 kW

功率節(jié)約921.1-758=163.1 kW。如按年運(yùn)行8 000 h計(jì)算，可節(jié)約電130.48 kWh，按1 kWh 0.5元計(jì)算，可節(jié)約資金65.24×104元。

2 項(xiàng)目實(shí)施及應(yīng)用效益

經(jīng)過考察最終高壓變頻器選型為廣州智光電氣ZINVERT系列ZINVERT-A5H1250/06Y高壓變頻器，項(xiàng)目總投資約60×104元。

儀表控制系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)易的增設(shè)和改造，將原泵出口流量指示回路FI-1106改為FRC-1106控制回路，通過變頻調(diào)節(jié)泵出口流量，并在DCS界面增設(shè)電流顯示。

不同出口流量時(shí)，電動(dòng)機(jī)的參數(shù)見表2。

表2 電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)（轉(zhuǎn)速2 550 r/min）

經(jīng)計(jì)算，平均節(jié)約電量約168 kW/h。

泵經(jīng)變頻技術(shù)改造后，實(shí)際出口壓力由原來的15 MPa降至11 MPa，大大降低了管路系統(tǒng)的沖刷磨損；出口壓力的降低，對(duì)離心泵軸向力的平衡、軸瓦和密封組件的使用壽命都有很大的改善?？梢哉f，高壓變頻技術(shù)的應(yīng)用在整個(gè)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)泵的維護(hù)方面都產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 存在的問題

由于多級(jí)離心泵為原料增壓泵，為了達(dá)到輸送流體的目的，出口壓力必須高于反應(yīng)系統(tǒng)壓力，所以該泵的轉(zhuǎn)速不能無限制地自由調(diào)節(jié)降低。為此，控制系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)系統(tǒng)壓力-機(jī)泵轉(zhuǎn)速串級(jí)控制，這樣，對(duì)于維持平穩(wěn)的生產(chǎn)和降低能耗將大有裨益。

工藝參數(shù)變化，尤其是系統(tǒng)壓力變化較大時(shí)，泵出口的流量波動(dòng)也偏大。經(jīng)分析，主要原因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)不夠精確，泵出口流量受轉(zhuǎn)速、出口閥開度精度、系統(tǒng)壓力波動(dòng)交叉干擾。

[1]姬忠禮,鄧志安,趙會(huì)軍.泵和壓縮機(jī)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:7-69.

[2]張湘亞,陳弘.石油化工流體機(jī)械[M].北京:石油大學(xué)出版社,1996:6-66.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.011

丁大衛(wèi)，2005年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京），工程師，從事設(shè)備管理工作，E-mail：dingdawei163@163.com，地址：遼寧省葫蘆島市連山區(qū)新華大街42號(hào)錦西石化制氫加氫，12500。

2011-08-10）