摘 要：闡述了電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)在煉油企業(yè)中的水泵、油泵、風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，收到了良好的節(jié)電效果，一般節(jié)電在30%以上。變頻調(diào)速技術(shù)可靠，利于安全、環(huán)保及延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，可廣泛應(yīng)用于煉油行業(yè)。 近幾年來(lái)，隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟，變頻器價(jià)格的相對(duì)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(yīng)用。國(guó)內(nèi)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(jì)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(jīng)過(guò)一年時(shí)間的運(yùn)行，證明變頻調(diào)速技術(shù)可靠，節(jié)電效果顯著，可以推廣應(yīng)用，于是，又先后購(gòu)進(jìn)了40多臺(tái)變頻器，安裝在常減壓、催化裂化、氣體分餾、氣體儲(chǔ)運(yùn)、油品儲(chǔ)運(yùn)、鍋爐、加熱爐風(fēng)機(jī)、供水泵上等。有的采用了閉環(huán)控制，有的采用了開(kāi)環(huán)控制，均以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量，泵出口閥、調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，取得了較大的節(jié)電效果，全年節(jié)電可達(dá)400 ×104kW•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(jīng)二級(jí)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(kāi)關(guān)功能，由高頻脈寬調(diào)制（PWM）驅(qū)動(dòng)器按一定規(guī)律輸出脈沖信號(hào)，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(cè)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(lái)等效，此脈沖電壓用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)控制 PWM驅(qū)動(dòng)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(dá)到變頻調(diào)速的目的。 1．2 節(jié)電原理 在生產(chǎn)中，許多設(shè)備的能耗都與機(jī)組的轉(zhuǎn)速有關(guān)，其中油、水泵最為突出，這些設(shè)備一般都是根據(jù)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷條件，如最大流量和揚(yáng)程進(jìn)行選擇的，但實(shí)際生產(chǎn)中所需的流量往往比設(shè)計(jì)的最大流量小的多，如果所用的電動(dòng)機(jī)是不能調(diào)速的，通常只能通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度來(lái)控制流量其結(jié)果在閥門上會(huì)造成很大的能量損耗，如果不用閥門調(diào)節(jié)，而是讓電機(jī)調(diào)速運(yùn)行，那么，當(dāng)需要的流量減少時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)降低，消耗的能量將會(huì)明顯減少。 根據(jù) 可知，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降1/2時(shí)，流量下降1/2，壓力下降 1/4，功率下降為1/8，即功率與轉(zhuǎn)速成3次方的關(guān)系下降。如果不是用關(guān)小閥門的方法，而是把電機(jī)轉(zhuǎn)速降下來(lái)，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(lái)消耗在閥門上的功率就可以完全避免，這就是調(diào)速節(jié)電的原理所在。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是在不裝變頻調(diào)速裝置時(shí)，泵的出口排量靠出口閥調(diào)節(jié)，電機(jī)易過(guò)負(fù)荷，流量小時(shí)，靠關(guān)小閥門調(diào)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(diào)速器后， 可以降低泵的轉(zhuǎn)速，泵的揚(yáng)程也相應(yīng)降低， 電機(jī)的電耗也相應(yīng)降低，使原來(lái)消耗在泵出口閥上的能量， 用變頻調(diào)速方法得到了解決。由于采用恒轉(zhuǎn)矩特性， 變頻降速后的電機(jī)轉(zhuǎn)矩不變，拖動(dòng)力矩恒定，可以保證排量，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)約電能的作用。 2 變頻器的應(yīng)用 2．1 變頻器在水泵上的應(yīng)用 我公司第一臺(tái)變頻器是用在污水提升泵上的，型號(hào)是FRN75-P74的日本富士產(chǎn)品。由于當(dāng)時(shí)對(duì)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(yīng)用變頻器屬于試驗(yàn)性質(zhì)的。第一臺(tái)變頻器投用后，電機(jī)工作電流下降了近50%，電機(jī)運(yùn)行溫度明顯下降，機(jī)械磨損減少了，維護(hù)工作量也減少了，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，變頻器各種保護(hù)功能可靠，消除了因電機(jī)過(guò)載或單相運(yùn)行而燒毀電機(jī)的現(xiàn)象，確保了安全運(yùn)行。 根據(jù)污水提升泵應(yīng)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(diào)速器。飲用水和熱水泵電機(jī)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(kāi)，而夜間用水量較小，需適當(dāng)關(guān)小出口閥，而關(guān)小出閥的后果是造成泵憋壓，管網(wǎng)被憋漏的情況也時(shí)有發(fā)生，為了解決以上問(wèn)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(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)任何故障，即解決了憋壓?jiǎn)栴}又收到了較好的節(jié)電效果。 2.2 變頻器在油泵上的應(yīng)用 我公司共有各類油泵上百臺(tái)，總裝機(jī)容量為近萬(wàn)kw，其中，最大電機(jī)容量為500kw。在近幾年的工藝改造過(guò)程中，為了適應(yīng)今后生產(chǎn)發(fā)展的需要，泵和電機(jī)的富裕量都較大，以常減壓裝置為例，主要機(jī)泵的能力可以達(dá)到每年加工原油250×104 t。而實(shí)際生產(chǎn)中，每年的實(shí)際加工量為（l00～140）×104t。調(diào)查結(jié)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(yīng)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(yīng)用 根據(jù)變頻在水泵上的應(yīng)用效果及油泵的運(yùn)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(kāi)環(huán)、閉環(huán)、調(diào)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(zhuǎn)速由2950r/而n降為990r/min，節(jié)電達(dá)35%，二中段泵轉(zhuǎn)速由2950r/min降為650r/min，節(jié)電43%。運(yùn)行結(jié)果表明，閉環(huán)控制方案更能發(fā)揮變頻器的優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用變頻器以后，節(jié)電效果明顯，全年節(jié)電約100×104kW•h。 重油催化裝置設(shè)計(jì)加工能力80×104t/a，而實(shí)際加工量不足70×104t/a少血，機(jī)泵設(shè)計(jì)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?zé)捰?、頂循環(huán)、吸收塔進(jìn)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80×104tkW•h。同時(shí)還解決了液態(tài)烴泵漏，故障較頻繁等設(shè)備問(wèn)題。 氣體分餾裝置于1994年11月建成并投產(chǎn)，設(shè)計(jì)加工能力為12×104t/a擴(kuò)血，當(dāng)時(shí)由于原料不足，加工量?jī)H維持6×104t/a左右。盡管塔盤進(jìn)行了堵孔，測(cè)量孔板進(jìn)行了調(diào)整，可以維持生產(chǎn)，但是，按當(dāng)時(shí)生產(chǎn)量，機(jī)泵過(guò)大，用控制閥調(diào)節(jié)，也不能維持正常生產(chǎn)。為了解決這一生產(chǎn)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(diào)節(jié)精度滿足了生產(chǎn)要求，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確及時(shí)，操作平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量合格，節(jié)電效果在30%～60%，年節(jié)電60×104tkW•h，達(dá)到了既解決生產(chǎn)難題，又節(jié)約了電耗的目的。 （2）變頻器在油品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)上的應(yīng)用 我公司每年都有（50～70） ×104t的汽、柴油出廠，為了提高裝車速度，汽、柴油裝車泵的電機(jī)容量都較大，均為132kw， 裝車開(kāi)始時(shí)，機(jī)泵可以滿負(fù)荷運(yùn)行，隨著裝車的不斷進(jìn)行，輸送的油量需逐漸減少，泵出口閥逐漸關(guān)小，以調(diào)節(jié)流量，當(dāng)裝到最后幾節(jié)車時(shí)，出口閥關(guān)至最小，造成泵憋壓，以至于泵被憋漏，泵房?jī)?nèi)油氣濃度嚴(yán)重超標(biāo)，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(diào)節(jié)靈活。員工在操作室內(nèi)，根據(jù)站臺(tái)上的裝車情況及時(shí)調(diào)節(jié)流量，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大減輕了。 液態(tài)烴儲(chǔ)運(yùn)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?jiǎn)栴}，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(fēng)機(jī)上的應(yīng)用 由于鍋爐是煉油企業(yè)的主要?jiǎng)恿?，而鍋爐鼓風(fēng)機(jī)是鍋爐系統(tǒng)主要耗電設(shè)備，運(yùn)行中常有風(fēng)機(jī)震動(dòng)，軸溫過(guò)高等現(xiàn)象，所以在鼓風(fēng)機(jī)上安裝變頻器具有重要意義。選用的變頻調(diào)速裝置應(yīng)具備多種保護(hù)功能，才能較好的保障鍋爐運(yùn)行的安全性和可靠性。 經(jīng)過(guò)對(duì)鍋爐運(yùn)行狀況的調(diào)查和認(rèn)真分析，認(rèn)為在鍋爐鼓風(fēng)機(jī)安裝變頻器，須在技術(shù)上解決以下問(wèn)題。 （l）鍋爐的安全運(yùn)行是全公司動(dòng)力的根本保證，雖然變頻調(diào)速裝置是可靠的， 但發(fā)生問(wèn)題時(shí)，須確保鍋爐安全供汽。所以，必須實(shí)現(xiàn)工頻一變頻調(diào)速運(yùn)行的自動(dòng)切換。 （2）鍋爐風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)電機(jī)容量為135kw，對(duì)于這種大慣量負(fù)荷的風(fēng)機(jī)，可能存在扭曲共振。運(yùn)行中，一旦發(fā)生共振，將嚴(yán)重?fù)p壞風(fēng)機(jī)和拖動(dòng)電機(jī)。所以，必須計(jì)算風(fēng)機(jī)一電機(jī)連接軸系扭振臨界轉(zhuǎn)速以及采取相應(yīng)的技術(shù)措施。 針對(duì)以上問(wèn)題，采取了如下辦法。 （1）設(shè)置了由工頻切換至變頻及變頻切至工頻的快速瞬時(shí)切換工能。 經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用，切換功能保證了工頻一變頻間快速瞬時(shí)互相切換，能夠滿足風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的切換要求。 （2）為了進(jìn)一步分析風(fēng)機(jī)一電機(jī)系統(tǒng)是否可能存在扭曲共振問(wèn)題，經(jīng)查閱有關(guān)資料及結(jié)構(gòu)圖，獲得了風(fēng)機(jī)一電機(jī)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(diào)速絕不會(huì)出現(xiàn)扭曲共振。 鍋爐鼓風(fēng)機(jī)安裝變頻器后，收到了以下效果。 （1）適當(dāng)降低爐膛壓力可以大幅度地降低風(fēng)機(jī)電耗。當(dāng)鍋爐負(fù)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(jī)電流由180A降為90A，按年8000h計(jì)算，年節(jié)電30×104kw•h。 （2）由于操作控制調(diào)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(fēng)機(jī)變頻安裝前，鍋爐風(fēng)量控制手段是調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)入口擋板和火嘴風(fēng)門，入口擋板的調(diào)節(jié)方法即不靈活又十分粗略，無(wú)法進(jìn)行風(fēng)量的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，為此，操作中風(fēng)量往往過(guò)大。實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速后，鍋爐燃燒過(guò)程中氧含量的控制十分方便準(zhǔn)確。在操作室就可以對(duì)鍋爐燃燒所需的風(fēng)量進(jìn)行微量調(diào)節(jié)，使燃燒工況趨于低氧燃燒，過(guò)?？諝庀禂?shù)由1.2降為1.1，鍋爐熱效率提高0.8個(gè)百分點(diǎn)，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(diào)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(chǎn)生的高次諧波污染電源，也可防止沖擊電流，保護(hù)整流模塊。并使功率因數(shù)提高到0.95以上。 3 結(jié)論與應(yīng)注意的問(wèn)題 通過(guò)變頻器在煉油廠中的應(yīng)用可以看出，變頻器有諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)歸納如下。 （1）變頻調(diào)速技術(shù)可靠，可廣泛用于煉油企業(yè)中的風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等異步電機(jī)上，節(jié)電效果明顯，一般節(jié)電在30%以上。 （2）采用變頻調(diào)速器帶動(dòng)異步電機(jī)的調(diào)速方式，可以實(shí)現(xiàn)從零轉(zhuǎn)數(shù)到任意轉(zhuǎn)數(shù)的平滑啟動(dòng)，電流小，升速快，沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流。而且保護(hù)功能完善，操作方便、準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)精度高，取消了閥門控制，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。 （3）使用變頻調(diào)速器后，由于沒(méi)有了一般電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的5～7倍于額定電流的沖擊電流，使電氣開(kāi)關(guān)過(guò)負(fù)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(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 （4）可延長(zhǎng)機(jī)泵的使用壽命。由于電機(jī)長(zhǎng)期在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)及風(fēng)機(jī)的軸承不易損壞，電機(jī)發(fā)熱量也減少了。停機(jī)時(shí)間減少，節(jié)約了大量維修費(fèi)用。 （5）減少了噪聲污染。由于變頻調(diào)速技術(shù)是用調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)控制流量的，一般情況下，使用變頻的電機(jī)，均在低于額定轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，噪聲較使用變頻器前明顯減輕，對(duì)提高工業(yè)衛(wèi)生水平起了一定的作用。 （6）氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥與工藝介質(zhì)直接接觸，腐蝕性介質(zhì)會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生腐蝕及沖刷，而變頻器通過(guò)電信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)流量，則無(wú)此情況，比調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定得多。用其代替調(diào)節(jié)閥后，儀表維護(hù)量大大減少。 變頻器雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是，在使用過(guò)程中，尚需注意下列問(wèn)題。 （1）選用變頻器時(shí)一定要滿足工藝要求，在某種特定的環(huán)境下，機(jī)泵因揚(yáng)程、流量所限制，變頻不一定適用。對(duì)負(fù)荷較高且運(yùn)行情況變化不頻繁的機(jī)泵不易采用變頻器。 （2）電機(jī)匹配的變頻器功率一般要選定等于或高于電機(jī)功率，選型要選用等級(jí)較高的，且能滿裝置與儀表配套并能夠?qū)嵭虚]環(huán)控制的變頻器。 （3）變頻調(diào)速技術(shù)需要電氣、儀表、工藝、設(shè)各專業(yè)人員的密切配合，以保證安裝質(zhì)量。 （4）多數(shù)生產(chǎn)裝置儀表控制閥大都采用風(fēng)關(guān)閥，安裝變頻器后，風(fēng)關(guān)改為風(fēng)開(kāi)調(diào)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。