■ 中國石化集團公司 九江石油化工總廠 汪學峰

1 前言

中國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)的國有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國石化長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)運行，依靠科技進步實現(xiàn)節(jié)能降耗。為了降低電氣設備的能耗和故障率，公司積極開展科技攻關、技術改造，應用和推廣電機變頻調(diào)速節(jié)能高新技術，有計劃地組織對重要生產(chǎn)裝置的關鍵電氣設備變頻調(diào)速進行系統(tǒng)優(yōu)化配置和完善。

幾年來，富士、東芝、西門子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號的變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產(chǎn)裝置廣泛推廣應用，先后對化肥渣油進料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風機、催化解析塔進料泵、延遲焦化溶劑泵、原油輸送泵、聚丙烯擠壓造粒機組、熱電鍋爐排粉風機等生產(chǎn)裝置重要機泵驅(qū)動電機進行了變頻調(diào)速節(jié)能改造，均取得了較好的節(jié)能效果。

實踐證明，應用電機變頻調(diào)速節(jié)能技術控制風機、泵類負載是一種先進、科學的控制方法。利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)軟件，可以根據(jù)工藝負荷精確地自動調(diào)節(jié)電動機輸出頻率和轉(zhuǎn)速，保持恒定的水壓、風壓，滿足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實際應用證明，當電機在額定轉(zhuǎn)速的80%運行時，節(jié)能效率可以達到40%。變頻調(diào)速器還可以實現(xiàn)大型電動機的軟起動和軟停機，避免了電動機起動時對電力系統(tǒng)的電壓沖擊，降低了運行電流，不僅減少了電動機、機泵和閥門設備故障率，延長其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，從而實現(xiàn)了電動機、風機、泵類設備的經(jīng)濟運行，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，推進了石油化工企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。

據(jù)不完全統(tǒng)計，九江石化公司已經(jīng)投入資金5000多萬元用于風機、水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術改造，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行的變頻調(diào)速器有462臺，總裝機容量達到16000 KW。若按每臺設備平均節(jié)電率40%計算，則每年至少可節(jié)約電能4200萬KWh，每年僅節(jié)約電費一項就達2500多萬元，節(jié)約設備維修費、材料費100多萬元。以下為變頻調(diào)速技術在九江石化公司煉油、化肥、化工等生產(chǎn)裝置設備中的應用。

2 變頻調(diào)速技術在煉油裝置加熱爐鼓風機的應用

加熱爐鼓風機是公司500萬t/a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統(tǒng)的重要設備，風機輸出功率為185kW，原設計是通過調(diào)節(jié)風門擋板實現(xiàn)風量調(diào)節(jié)，設備運行能耗長期居高不下。

加熱爐鼓風機原設計方案負載是根據(jù)滿負荷工作需用量來設計選型，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，實際應用中加熱爐鼓風機大部分工作時間并非處于滿負荷運行狀態(tài)，原來的電機恒速和機泵恒壓恒流設計則導致電能浪費；采用傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門及調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)流量、壓力等工藝參數(shù)，定速機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、閥門節(jié)流壓降上，造成極大的電能損失和浪費。按年運行8760h計算，原設計1臺鼓風機每年消耗電能162萬KWh，電費高達97萬元。

為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動化控制水平，使控制方案與實際負荷相匹配，節(jié)約電能，提高經(jīng)濟效益。2009年3月，九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對加熱爐鼓風機進行變頻節(jié)能改造，采用風機變頻調(diào)速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風門擋板節(jié)流控制，提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)效率。選用東芝公司專用于平方減轉(zhuǎn)矩負載的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）模塊和東芝獨特矢量運算控制，有良好的技術性能。其主要特點有：新的電流限制功能——當機泵超負荷時，通過抑制轉(zhuǎn)矩來限制過電流，使變頻器不跳閘，機泵繼續(xù)運轉(zhuǎn)；電壓反饋控制功能——當電源電壓變化時，可瞬時補償輸出電壓，保證變頻器穩(wěn)定運行；學習加減速功能——根據(jù)負荷狀態(tài)自動調(diào)整最合適的加減速時間，方便設備調(diào)試；自動節(jié)電運行方式功能——在確保負荷所需轉(zhuǎn)矩的條件下，將電流降到最小，自動節(jié)電運行；內(nèi)置工頻/變頻切換時序電路，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。

加熱爐鼓風機經(jīng)過變頻節(jié)能改造投用一年來，變頻調(diào)速器操作安全平穩(wěn)，具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能，實現(xiàn)了風量壓閉回路自動調(diào)節(jié)控制。驅(qū)動電機可以實現(xiàn)軟啟動和無級調(diào)整轉(zhuǎn)速，消除了電機啟動時6倍的沖擊電流，避開機械共振點及運轉(zhuǎn)噪聲，風機運行的振動值大幅降低，避免了鼓風機運行時的機械振蕩，大大降低了設備故障率，延長了機械負載的運轉(zhuǎn)壽命，減輕了設備維修工作量，節(jié)能效果明顯。變頻器運轉(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調(diào)整風量。變頻器可以手動控制也可以完全實現(xiàn)自動控制，并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動控制裝置進行電氣、儀表聯(lián)鎖，實現(xiàn)加熱爐的自動保護及計算機控制，不會因鼓風機突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據(jù)工藝負荷自動調(diào)節(jié)鼓風機電機輸出頻率，在約20Hz時運行，電機運行電流從原來的220A降至90A，可同時滿足常減壓裝置2臺加熱爐的供風量，該臺設備節(jié)電效率達到60%，據(jù)測算每年可節(jié)約電費約60萬元。

3 變頻調(diào)速技術在化肥裝置渣油進料泵的應用

渣油進料泵A-GA101是公司30萬t/a合成氨裝置的重要設備，將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進料泵為西門子電動機，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)采用控制出口閥門的方法進行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調(diào)節(jié)器，再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號，控制出口調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運行中存在以下問題：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，浪費大量電能；控制精度低，出口流量波動較大；電機工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變消耗電能；電機噪聲較大，泵和管線閥門壓力較大，易造成密封面泄漏，影響裝置安全穩(wěn)定運行。

2003年5月，公司利用化肥裝置檢修的時機，選用西門子公司成套變頻設備，對3臺渣油進料泵（2臺運行、1臺備用）進行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運行后工藝控制平穩(wěn)，由于變頻器的高精度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來的滯后現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)控制精度提高，壓力穩(wěn)定，工藝運行指標得到了優(yōu)化。節(jié)能效果顯著，節(jié)電率達到70%，按年運行8000h計算，2臺渣油進料泵年節(jié)約電量：節(jié)電率×電動機工頻功率×工作時間×2臺＝70%×75kW×8000h＝42萬kW?h；節(jié)約電費約25.2萬元。

由于出口閥全開，電動機降速運行，使得管網(wǎng)壓力下降，減少了工藝設備的泄漏，降低了機泵磨損，降低了電機的溫升，設備維護周期延長。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)帶來的影響，使設備的維護量大幅減少。系統(tǒng)實現(xiàn)了軟啟動，由于變頻器具有軟啟動功能，減小了電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運行1年來，運行可靠，自動化程度高，渣油進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)濟效益。

4 結(jié)束語

石化產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是高能耗、高污染行業(yè)。多年來，我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業(yè)推廣高新技術實現(xiàn)節(jié)能減排目標，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)進行節(jié)能降耗改造開辟了新的途徑。變頻調(diào)速技術以其顯著的節(jié)能效果和安全易控、優(yōu)質(zhì)無級平滑調(diào)速、高精度控制工藝參數(shù)、投資回收期短等優(yōu)勢，越來越廣泛地應用在石油化工行業(yè)的多種與工藝設備配套的電力拖動設備中，必將成為石油化工電力拖動的中樞設備。目前，變頻調(diào)速技術已在石油化工行業(yè)的不同領域、不同深度得到了推廣和應用。