1.引言

在世界經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的今天，日益增長(zhǎng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和能源供應(yīng)日益短缺的矛盾越來(lái)越突出，為了應(yīng)對(duì)這一必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，世界各國(guó)都在考慮自己國(guó)家的能源計(jì)劃。而在我們中國(guó)，據(jù)估計(jì)到2020年，中國(guó)的能源需求總量仍將達(dá)到近25億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這個(gè)數(shù)字比2000年高出了90％，而最為悲觀的估計(jì)，則要高出152％。在能源每年增長(zhǎng)3％一5％條件下，要保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)每年增長(zhǎng)7％～9％，只能依靠節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。石化行業(yè)是高耗能企業(yè)，而離心式壓縮機(jī)在石化制造業(yè)內(nèi)有著很普遍的應(yīng)用，節(jié)能技術(shù)在離心式壓縮機(jī)上有著很廣闊的應(yīng)用前景。

2.江蘇裕廊化工集團(tuán)簡(jiǎn)介

江蘇裕廊化工有限公司座落在中國(guó)蘇北第一家獲得“綠卡”通行證的化工基地——鹽城市陳家港化工集中區(qū)內(nèi)，公司北枕灌河，東臨黃海，南傍沿海高速，緊鄰204國(guó)道，地理位置優(yōu)越、水陸交通便捷。（新加坡）升立化工控股有限公司于2004年7月2日投資創(chuàng)辦江蘇裕廊化工有限公司，注冊(cè)資本4300萬(wàn)美元，投資總額8000萬(wàn)美元。公司于2006年底通過(guò)ISO9000國(guó)際質(zhì)量認(rèn)證和ISO14000環(huán)境體系認(rèn)證，于2007年2月5日在新加坡上市，成為國(guó)內(nèi)在新加坡最大的上市公司之一。

圖1 裕廊石化廠區(qū)大門(mén)

江蘇裕廊化工有限公司下設(shè)研究中心及多個(gè)生產(chǎn)事業(yè)部，主要研究開(kāi)發(fā)雙甘膦、丙烯酸及酯系列產(chǎn)品，年產(chǎn)能3萬(wàn)噸雙甘膦、20萬(wàn)噸丙烯酸及25萬(wàn)噸丙烯酸酯，使裕廊公司成為中國(guó)乃至亞洲的化工驕子。產(chǎn)品除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還遠(yuǎn)銷世界各國(guó)。在充滿競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)的化工市場(chǎng)中，裕廊人搏風(fēng)擊浪、競(jìng)展風(fēng)流，用過(guò)人的智慧和膽魄，創(chuàng)造了世界化工史上令人稱道的奇跡。

3.工藝介紹

在煉制原油的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的氣體叫富氣，為了從富氣中提煉液化氣加以利用，就在重催裝置的兩個(gè)工段之間加裝一臺(tái)離心式壓縮機(jī)，即把分餾工段輸出的壓力為0.0±0.05MP的富氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)加壓到1.0± 0.05MP送入吸收穩(wěn)定工段，以滿足吸收穩(wěn)定工段的工況，從而進(jìn)行液化氣的分離。

氣體壓縮機(jī)（以下簡(jiǎn)稱氣壓機(jī)）采用離心式壓縮機(jī)。因軸功率較大，所以拖動(dòng)采用10KV，3200KW的兩極高壓電動(dòng)機(jī)，而氣壓機(jī)通過(guò)增速器轉(zhuǎn)速更高，達(dá)到9220r/min，這樣高速的離心式壓縮機(jī)有一個(gè)缺點(diǎn)：當(dāng)工藝條件發(fā)生變化時(shí)，其入口壓力滿足了工作壓力降到一定值時(shí)，氣壓機(jī)會(huì)被抽負(fù)而發(fā)生喘振，這是相當(dāng)危險(xiǎn)的。為此在設(shè)計(jì)安裝時(shí)從氣壓機(jī)出口引到入口，以保證入口壓力不低于正常壓力從而保證氣壓機(jī)正常工作。

4.離心風(fēng)機(jī)負(fù)載節(jié)能分析

一般異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為：n1＝60f/p

而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1存在一個(gè)滑差關(guān)系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）

由上式可以得到，改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變f、p、s可以達(dá)到。

針對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言p是一定的，而通過(guò)改變s進(jìn)行調(diào)速空間非常小，所以變頻調(diào)速通過(guò)改變定子供電頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速是異步電動(dòng)機(jī)的最為合理的調(diào)速方法。

若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、平滑性較高、機(jī)械特性較硬的優(yōu)點(diǎn)，目前變頻調(diào)速已成為異步電動(dòng)機(jī)最主要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)流體力學(xué)相似定律：Q1/Q2＝n1/n2 輸出風(fēng)量Q與轉(zhuǎn)速n成正比；

H1/H2＝(n1/n2)2 輸出壓力H與轉(zhuǎn)速n2正比；

P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉(zhuǎn)速n3正比。

當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)量（水泵流量）需要改變時(shí)，如調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)（閥門(mén)）的開(kāi)度，則會(huì)使大量電能白白消耗在閥門(mén)及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調(diào)速調(diào)節(jié)風(fēng)量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調(diào)速時(shí)，當(dāng)風(fēng)機(jī)（水泵）低于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，理論節(jié)電為：

E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)

式中： n——額定轉(zhuǎn)速

n′—— 實(shí)際轉(zhuǎn)速

P——額定轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)功率

T——工作時(shí)間

可見(jiàn)，通過(guò)變頻對(duì)風(fēng)機(jī)（水泵）進(jìn)行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。

5.高壓變頻器選型及變頻調(diào)速方案

5.1變頻器選型

經(jīng)過(guò)大量的技術(shù)論證，并且對(duì)目前高壓變頻器市場(chǎng)充分考查后，選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-4000高壓變頻器對(duì)富氣壓縮機(jī)進(jìn)行變頻控制，不但節(jié)約能源而且大大提高了設(shè)備運(yùn)行性能。

森蘭高壓變頻器的特點(diǎn)：

● 一體化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，維護(hù)方便，安全可靠；

●  功率單元模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)單元可互換使用，通用性強(qiáng)；

●  多功能HMI設(shè)計(jì)，直觀友好的操作界面；

● 獨(dú)特的防干擾設(shè)計(jì)技術(shù)，防干擾能力強(qiáng)；

● 出廠做“三滿”試驗(yàn)，確保設(shè)備高質(zhì)量；

●  采用矢量控制技術(shù)，具有低頻轉(zhuǎn)矩大優(yōu)點(diǎn)，滿足重載啟動(dòng)需要；

● 飛車啟動(dòng)功能，無(wú)需等待電機(jī)停機(jī)，可以直接啟動(dòng)；

●  控制電源采用冗余設(shè)計(jì)，可靠性高；

● 獨(dú)特的防“晃電”技術(shù)，超強(qiáng)的電網(wǎng)適應(yīng)性；

● 自動(dòng)限流技術(shù)，在變頻器處于加速，減速以及負(fù)載加重時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定；

● 獨(dú)創(chuàng)的自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)可保持變頻器的輸出電壓不受影響；

●  無(wú)擾動(dòng)投切技術(shù)，方便實(shí)現(xiàn)變頻及工頻直接的雙向投切；

● 雙冗余機(jī)械式旁路技術(shù)，比傳統(tǒng)電子旁路技術(shù)防干擾能力強(qiáng)，可靠性更高。

5.2變頻調(diào)速方案

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的研究、分析，以及現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)容量偏小，不允許高壓變頻器上電瞬間的沖擊等特點(diǎn)綜合其中存在的問(wèn)題，以“先保證系統(tǒng)安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，提供最佳性價(jià)比方案”的原則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，決定采用一拖一手動(dòng)方案。其一次電路如圖2所示：

圖2  高壓變頻系統(tǒng)一次接線圖

QF為用戶原高壓開(kāi)關(guān)；

KM1高壓真空接觸器；

QS1，QS2為高壓隔離刀閘，刀閘沒(méi)有滅弧裝置，不能帶電操作。

M為高壓電動(dòng)機(jī)。

圖3  森蘭高壓變頻在富氣壓縮機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)圖

5.3高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

（1）電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，控制電機(jī)的啟動(dòng)電流。變頻改造后降低啟動(dòng)電流，減少對(duì)電網(wǎng)側(cè)的沖擊，提高繞組承受力，降低電機(jī)的維護(hù)成本，增長(zhǎng)電機(jī)的壽命；同時(shí)大大減小了對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的沖擊，降低維護(hù)成本，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命。

（2）可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)速，通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)量滿足工藝生產(chǎn)；同時(shí)離心風(fēng)機(jī)是平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，能耗是與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成立方比，從而達(dá)到節(jié)能效果。

（3）系統(tǒng)設(shè)有就地和遠(yuǎn)方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過(guò)變頻器觸摸屏進(jìn)行操作或應(yīng)急處理；遠(yuǎn)方控制是在控制室內(nèi)進(jìn)行.在這種工作方式下，操作員通過(guò)DCS系統(tǒng)的頻率給定信號(hào)，調(diào)節(jié)變頻器，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

（4）信息傳遞：變頻器可以實(shí)現(xiàn)與機(jī)組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞。變頻器可提供給DCS系統(tǒng)如下參量：輸出轉(zhuǎn)速、輸出電流等反饋信息，通過(guò)4～20mA電流源模擬量輸出；同時(shí)提供給DCS的開(kāi)關(guān)量有：變頻器遠(yuǎn)程控制指示，就緒，運(yùn)行，輕故障，重故障指示狀態(tài)信息。變頻器接收的DCS的模擬量信號(hào)為頻率給定，開(kāi)關(guān)量為遠(yuǎn)方啟/停、復(fù)位信號(hào)等。通過(guò)變頻器與DCS信號(hào)的交換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及監(jiān)視變頻運(yùn)行各類數(shù)據(jù)功能，提高工藝生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

（5）完備的保護(hù)功能：過(guò)流，過(guò)壓，欠壓，輸入輸出缺相，輸出短路，輸出接地，變頻過(guò)熱，電機(jī)過(guò)載，失速防止，電機(jī)過(guò)熱等保護(hù)。

（6）系統(tǒng)的變頻風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻供電和電網(wǎng)供電相互切換運(yùn)行，可手動(dòng)切換，當(dāng)變頻器發(fā)生異常后，風(fēng)機(jī)仍需要運(yùn)行，這時(shí)可將電機(jī)切換到工頻電網(wǎng)起動(dòng)，增加風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

6.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及節(jié)能效果

（1） 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

此石化脫氫裝置壓縮機(jī)項(xiàng)目自投產(chǎn)以來(lái)運(yùn)行良好。

圖4 此次變頻改造負(fù)載

（2）節(jié)能效果

在正常生產(chǎn)情況下，本臺(tái)壓縮機(jī)變頻器運(yùn)行頻率在40Hz,高壓側(cè)輸入電流在180.2A。與同功率電機(jī)工頻運(yùn)行狀況比較，變頻改造后壓縮機(jī)節(jié)能效果十分明顯。

7.結(jié)論

脫氫裝置壓縮機(jī)系統(tǒng)采用希望森蘭高壓變頻器，不但操作方便、維護(hù)量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過(guò)變頻對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行控制，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。此次希望森蘭高壓變頻對(duì)石石化行業(yè)脫氫裝置壓縮機(jī)改造的優(yōu)異表現(xiàn)得到了客戶的高度認(rèn)可和一致好評(píng)，值得大力推廣。