袁 亮，韓會(huì)亮，李智國(guó)

（中國(guó)石化塔河煉化有限責(zé)任公司，新疆阿克蘇 842000）

0 引言

塔河煉化公司設(shè)置有兩條中壓除氧水管網(wǎng)，其中1＃裝置中壓除氧水系統(tǒng)主要由45 t/h 鍋爐配套的3 臺(tái)中壓除氧水泵供給，2＃裝置中壓除氧水系統(tǒng)主要由90 t/h 鍋爐配套的3 臺(tái)中壓除氧水泵供給，2套裝置中壓除氧水管網(wǎng)設(shè)置有聯(lián)通線，可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。除氧器為旋膜式熱力除氧器，除鹽水經(jīng)過(guò)除氧器加熱除氧后再經(jīng)中壓除氧水泵增壓至5.4 MPa以上，然后送至全廠中壓除氧水管網(wǎng)，其中以主要介質(zhì)供至鍋爐裝置用于汽包生產(chǎn)蒸汽；以次要介質(zhì)供至焦化、硫磺、加制氫、異構(gòu)化和連續(xù)重整等煉油裝置用于產(chǎn)汽和注水［1]。全廠設(shè)置有6 臺(tái)中壓除氧水泵，中壓除氧水泵為臥式多級(jí)離心泵，設(shè)計(jì)流量65 ～120 m3/h 不等，揚(yáng)程560 ～640 m 不等，轉(zhuǎn)速2950 r/min。配套電機(jī)額定功率220 ～400 kW，額定電壓10 kV，額定轉(zhuǎn)速2980 r/min。由于生產(chǎn)負(fù)荷和季節(jié)因素影響，夏季生產(chǎn)時(shí)裝置中壓除氧水平均用量在150 ～170 t/h，需要至少同時(shí)運(yùn)行2 臺(tái)中壓給水泵，冬季生產(chǎn)裝置中壓除氧水平均用量在180 ～210 t/h，需要至少同時(shí)運(yùn)行3 臺(tái)中壓給水泵，年耗電量約為550 萬(wàn)kW·h。除氧水泵電機(jī)設(shè)計(jì)上存在裕量較大，現(xiàn)使用的調(diào)整方式為泵出口再循環(huán)線調(diào)節(jié)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，將再循環(huán)閥的開(kāi)度變大，形成分壓此時(shí)阻力特性發(fā)生變化，主路線阻力降減小，流量變小，揚(yáng)程基本不變，電動(dòng)機(jī)的軸功率也沒(méi)有明顯變化，能源被白白地浪費(fèi)掉了［2]。同時(shí)用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，不容易找到泵的最佳運(yùn)行點(diǎn)，調(diào)節(jié)流量很不方便，增加能耗且依靠閥門(mén)截流控制管網(wǎng)運(yùn)行壓力，長(zhǎng)時(shí)間沖刷閥門(mén)，造成閥門(mén)內(nèi)漏嚴(yán)重、更換頻次增加，增加檢維修費(fèi)用和工作量。因此，通過(guò)加裝永磁調(diào)速裝置是實(shí)現(xiàn)除氧水泵轉(zhuǎn)速隨系統(tǒng)負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能降耗、減小振動(dòng)和減小啟動(dòng)沖擊的重要途徑。

1 中壓除氧水泵節(jié)能改造

中壓除氧水泵P101C泵型號(hào)DGBⅢ150-100X6，設(shè)計(jì)揚(yáng)程630 m，設(shè)計(jì)流量120 m3/h，轉(zhuǎn)速2950 r/min，軸功率294 kW，配套電機(jī)額定功率220 ～400 kW，額定電壓10 kV，額定電流28.7 A，通過(guò)泵出口再循環(huán)閥控制管網(wǎng)壓力，節(jié)能降耗空間較大。為中壓除氧水泵P101C 電機(jī)增設(shè)永磁調(diào)速設(shè)施，即將電機(jī)和泵之間的聯(lián)軸器改為永磁調(diào)速器。根據(jù)管網(wǎng)用除氧水量變化情況，通過(guò)降低給水泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整平衡除氧水管網(wǎng)壓力，減少除氧水泵出口再循環(huán)回流流量，從而達(dá)到節(jié)能效果。

1.1 永磁調(diào)速器組成、工作原理

永磁調(diào)速器由導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和調(diào)節(jié)器3 部分組成［3]。永磁轉(zhuǎn)子在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，兩者無(wú)連接，其間由空氣隙分開(kāi)，并隨各自安裝的旋轉(zhuǎn)軸獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子在軸線方向的相對(duì)位置，以改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積，實(shí)現(xiàn)改變導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。導(dǎo)體轉(zhuǎn)子安裝在輸入軸上，永磁轉(zhuǎn)子安裝在輸出軸上，當(dāng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，永磁場(chǎng)在導(dǎo)體轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生渦流，同時(shí)渦流又產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)與永磁場(chǎng)相互作用，從而帶動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子沿與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果是將輸入軸的轉(zhuǎn)矩傳遞到輸出軸上；輸出轉(zhuǎn)矩的大小與嚙合面積相關(guān)，嚙合面積越大，扭矩越大，反之亦然。永磁轉(zhuǎn)子在調(diào)節(jié)器作用下，沿軸向往返移動(dòng)時(shí)，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子之間的嚙合面積發(fā)生變化。嚙合面積大，傳遞的扭矩大，負(fù)載轉(zhuǎn)速高；嚙合面積小，傳遞的扭矩小，負(fù)載轉(zhuǎn)速低；嚙合面積為零，傳遞扭矩為零，永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子完全脫開(kāi)，永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零，負(fù)載轉(zhuǎn)速也為零［4-6]，如圖1所示。

圖1 永磁調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)圖

1.2 永磁調(diào)速器調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通常永磁調(diào)速系統(tǒng)由永磁調(diào)速器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)速變送器、溫度變送器、控制信號(hào)源、就地顯示控制箱、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、電纜等設(shè)備集成。永磁調(diào)速器安裝在電機(jī)和負(fù)載之間，傳遞扭矩，通過(guò)永磁調(diào)速器的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)嚙合面積改變，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化。嚙合面積大，通過(guò)永磁調(diào)速器傳遞的扭矩就大，負(fù)載轉(zhuǎn)速高；嚙合面積小，通過(guò)永磁調(diào)速器傳遞的扭矩就小，負(fù)載轉(zhuǎn)速低。

圖2 永磁調(diào)速裝置控制原理圖

控制信號(hào)源則為工藝需要的控制對(duì)象，對(duì)于泵系統(tǒng)而言可能是管網(wǎng)壓力、流量、或者液位，而對(duì)于水泵而言則可能是壓力、流量等其他工藝需要的一些參數(shù)，因此控制信號(hào)源可能為壓力信號(hào)、流量信號(hào)、液位信號(hào)等等。通常而言信號(hào)為4 ～20 mA的電流信號(hào)［7]。永磁裝置收到來(lái)自DCS 系統(tǒng)的控制信號(hào)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)改變永磁體和導(dǎo)體之間的氣隙，從而改變負(fù)載端水泵轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速節(jié)能目的，如圖2 所示。

1.3 永磁調(diào)速改造方案

拆除中壓除氧水泵P101C 原設(shè)備、底座及基礎(chǔ)（鋼筋砼基礎(chǔ)），根據(jù)除氧水泵和電機(jī)中間安裝永磁調(diào)速后情況，新建設(shè)備底座和基礎(chǔ)（鋼筋砼基礎(chǔ)），將除氧水泵、配套電機(jī)和永磁調(diào)速設(shè)施安裝到新建的底座和基礎(chǔ)上。新增永磁調(diào)速器儀表信號(hào)利用DCS系統(tǒng)新增通道進(jìn)行組態(tài)調(diào)試。新增回路信號(hào)電纜先穿管就近敷設(shè)至原設(shè)計(jì)儀表電纜槽盒、再沿槽盒進(jìn)DCS 系統(tǒng)機(jī)柜間。永磁調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受DCS系統(tǒng)4 ～20 mADC控制信號(hào)，調(diào)節(jié)永磁調(diào)速設(shè)備的磁體嚙合面積，實(shí)現(xiàn)負(fù)載的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)故障時(shí)，通過(guò)執(zhí)行器手動(dòng)調(diào)節(jié)。軸承溫度測(cè)量點(diǎn)1?！?＃的4 ～20 mADC信號(hào)輸出至DCS，紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)輸出4 ～20 mADC 溫度信號(hào)至DCS，測(cè)速變送器實(shí)時(shí)輸出4 ～20 mADC速度信號(hào)至DCS以供監(jiān)測(cè)；永磁調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)度反饋信號(hào)遠(yuǎn)傳至DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 永磁調(diào)速裝置運(yùn)行監(jiān)控

2.1 啟動(dòng)過(guò)程

空載啟動(dòng)。在啟動(dòng)時(shí)，將永磁調(diào)速器的導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的磁場(chǎng)嚙合面積變得最小，從而將電機(jī)與負(fù)載完全脫開(kāi)，實(shí)現(xiàn)零負(fù)載啟動(dòng)；電機(jī)啟動(dòng)后，再慢慢增加導(dǎo)體轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子之間的作用面積，使負(fù)載逐漸加速，因此整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，沖擊小。即檢查水泵出口閥門(mén)已經(jīng)關(guān)閉和電動(dòng)執(zhí)行器行程在0%全脫開(kāi)狀態(tài)，啟動(dòng)電機(jī)至穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，然后調(diào)節(jié)電動(dòng)執(zhí)行器行程至100%全耦合，再慢慢開(kāi)啟出口閥門(mén)至全開(kāi)，待水泵運(yùn)轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定后再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)行程。

2.2 停機(jī)過(guò)程

關(guān)閉水泵出口閥門(mén)，然后關(guān)閉電機(jī)電源，待電機(jī)完全停止后再將執(zhí)行器行程調(diào)節(jié)0%全脫開(kāi)。

2.3 導(dǎo)體轉(zhuǎn)子溫度檢測(cè)

正常工作溫度小于或等于120 ℃，上限報(bào)警溫度130 ℃，上限停機(jī)溫度140 ℃。當(dāng)溫度達(dá)130 ℃時(shí)，開(kāi)始報(bào)警，此時(shí)應(yīng)及時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)有無(wú)異響和摩擦，若現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異常，往100%全耦合方向調(diào)節(jié)執(zhí)行器3%～5%行程，運(yùn)行10 min 后觀察導(dǎo)體溫度是否有下降趨勢(shì)，溫度是否恢復(fù)到小于或等于120 ℃，若溫度有下降，但未恢復(fù)到120 ℃以下，繼續(xù)調(diào)節(jié)行器3%～5%行程，直至溫度小于或等于120 ℃；若溫度無(wú)下降，應(yīng)考慮倒換備用水泵，進(jìn)行停機(jī)檢查。當(dāng)溫度達(dá)140 ℃，要求倒換備用水泵，進(jìn)行停機(jī)檢查。

2.4 軸承溫度檢測(cè)

正常工作溫度小于或等于100 ℃，上限報(bào)警溫度110 ℃。當(dāng)溫度達(dá)110 ℃時(shí)，開(kāi)始報(bào)警，此時(shí)應(yīng)及時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)，是否缺少潤(rùn)滑脂，若缺少潤(rùn)滑脂，及時(shí)添加后運(yùn)行1 h，看軸承溫度是否有下降到小于或等于100 ℃，如軸承溫度不下降應(yīng)考慮倒換備用水泵，進(jìn)行停機(jī)檢查。

3 除氧水泵節(jié)能對(duì)比

P101C 除氧水泵永磁改造完畢后，機(jī)泵完成了在90%、80%、70%、60%、50%負(fù)荷工況下的節(jié)能效果性能測(cè)試。除氧水泵永磁改造效益分析結(jié)果如表1 所示。

表1 改造前后除氧水泵節(jié)能分析

改造后除氧水泵平均節(jié)電率為17.5%，在實(shí)際應(yīng)用在該泵長(zhǎng)期處于70%的負(fù)荷中，按該點(diǎn)的平均節(jié)能率18.96%，根據(jù)P=31/2ηUI。其中η 為效率，機(jī)泵銘牌值為75%；U 為電壓，機(jī)泵銘牌值為10 kV；I為電流。

永磁調(diào)速改造前，除氧水泵流量為86 m3/h時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流約為21.1A，實(shí)際功耗P1=274.1 kW。永磁調(diào)速改造后，除氧水泵流量為86 m3/h時(shí)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電流約為17.1 A，實(shí)際功耗P2=222.1 kW。

按年運(yùn)行8000 h，電費(fèi)按0.38 元/kW·h計(jì)算，年節(jié)約電能Q=（P1-P2）×8000 h =415680 kW·h。年節(jié)約電費(fèi)：415680 kW·h ×0.38元/kW·h=15.8萬(wàn)元。外加除氧水泵再循環(huán)閥門(mén)等每年維護(hù)費(fèi)用以2 萬(wàn)元計(jì)，年節(jié)約總費(fèi)用17.8萬(wàn)元，永磁調(diào)速器實(shí)際改造費(fèi)用65.23 萬(wàn)元（含施工等費(fèi)用），預(yù)計(jì)3.67年收回成本，節(jié)能效果明顯。

4 問(wèn)題及改進(jìn)

4.1 存在問(wèn)題

自2017年運(yùn)行至今永磁調(diào)速泵主要凸顯出一個(gè)問(wèn)題，在理論上來(lái)講永磁調(diào)速裝置完全依靠氣隙傳遞轉(zhuǎn)矩，電機(jī)軸和泵軸沒(méi)有任何剛性物理連接，減低振動(dòng)80%以上；同時(shí)減少電機(jī)和泵的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損［8]。在改造后經(jīng)常會(huì)在每年3-5月份永磁端出現(xiàn)一些不同程度上的振動(dòng)偏大問(wèn)題以及永磁端溫度偏高問(wèn)題，如表2 所示，而且此項(xiàng)問(wèn)題也是在每年3-5月份一個(gè)必然發(fā)生性問(wèn)題。

表2 改造前后除氧水泵永磁端振幅、溫度分析

4.2 問(wèn)題改進(jìn)

在運(yùn)行比較中發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度對(duì)永磁端出現(xiàn)的振動(dòng)偏大問(wèn)題以及永磁端溫度偏高問(wèn)題影響較小，幾乎可以忽略不計(jì)；環(huán)境整潔度對(duì)永磁端出現(xiàn)的振動(dòng)偏大問(wèn)題以及永磁端溫度偏高問(wèn)題影響較大。塔河煉化位于新疆庫(kù)車(chē)，在每年3-5月份會(huì)出現(xiàn)風(fēng)沙、浮沉天氣，由于永磁端兩轉(zhuǎn)子直接暴露在空氣中冷卻防護(hù)罩具有散熱孔風(fēng)沙、浮沉天氣部分砂礫難免會(huì)進(jìn)入其中使砂礫在其中摩擦。在以后的運(yùn)行中或設(shè)備停用時(shí)，定期采用凈化風(fēng)吹掃，清除雜質(zhì)，提高整潔度，起到安全、平穩(wěn)運(yùn)行效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

中壓除氧水泵P101C永磁調(diào)速改造前通過(guò)泵出口再循環(huán)控制壓力，導(dǎo)致大量能量損失和增加檢維修工作。通過(guò)在中壓除氧水泵電機(jī)和泵之間安裝永磁調(diào)速設(shè)施，利用永磁調(diào)速設(shè)施調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制管網(wǎng)運(yùn)行壓力，消除再循環(huán)，達(dá)到了降低電耗、節(jié)能的目的。但改造施工、實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題說(shuō)明，在前期各方面需要做好細(xì)致的工作，對(duì)不同的機(jī)組選擇不同類(lèi)型的永磁調(diào)速裝置和不同安裝方式，同時(shí)考慮地域環(huán)境因素，以及被改造設(shè)備應(yīng)選擇調(diào)節(jié)較少、調(diào)節(jié)精度要求不高的設(shè)備，如循環(huán)水水泵等［9]，以減少對(duì)工藝操作的影響，實(shí)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)周期安穩(wěn)節(jié)能高效運(yùn)行。