高壓變頻器在焦化輻射進(jìn)料泵中的應(yīng)用

1引言

山東壽光魯清石化有限公司位于壽光市渤海工業(yè)園，占地面積5000畝，現(xiàn)有職工1500人，為壽光市特大型企業(yè)，濰坊市百?gòu)?qiáng)工業(yè)企業(yè)和濰坊市百?gòu)?qiáng)民營(yíng)企業(yè)。主要生產(chǎn)加工銷售：船舶燃料油、石腦油、MTBE、液化石油氣、丙烷、丙烯、瀝青等化工產(chǎn)品。

魯清石化公司新建100萬噸延遲焦化項(xiàng)目，延遲焦化是一種石油二次加工技術(shù)，是指以貧氫的重質(zhì)油為原料，在高溫（約500℃）進(jìn)行深度的熱裂化和縮合反應(yīng)，生產(chǎn)富氣、粗汽油、柴油、蠟油和焦炭的技術(shù)。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，處理能力占渣油處理能力的三分之一。

現(xiàn)場(chǎng)焦化裝置配置兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵，一用一備，平均一年運(yùn)行8000h單臺(tái)4000h。正常生產(chǎn)需要根據(jù)焦化爐內(nèi)的壓力和流量進(jìn)行頻繁的調(diào)節(jié)其原料進(jìn)料流量。由于調(diào)節(jié)閥前后具有很大的壓力差，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)料流量，大量能量就消耗在調(diào)節(jié)閥節(jié)流上，操縱不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥沖洗十分嚴(yán)重，造成維修費(fèi)用居高不下，為減少電能浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，用戶決定使用變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)，還有輻射進(jìn)料泵承擔(dān)著向加熱爐輻射段輸送熱渣油的重任，因此該泵出現(xiàn)任何異常，裝置都有可能停工。因此必須選用可靠性高的變頻裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。經(jīng)過多方考察，比較性價(jià)比，決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-560F高壓變頻器2套對(duì)焦化輻射進(jìn)料泵進(jìn)行改造，改造取得了成功。

2 焦化輻射進(jìn)料泵原系統(tǒng)現(xiàn)狀

輻射進(jìn)料泵（P8102AB）給焦化爐供應(yīng)原料，輻射進(jìn)料泵流程如圖1所示。輻射進(jìn)料泵（P8102ＡＢ）拖動(dòng)電機(jī)功率為450kW，額定電流為 31.7A，具體參數(shù)如表1、表2所示。

圖1 輻射進(jìn)料泵流程圖

由于生產(chǎn)原料的限制，該裝置實(shí)際處理量低于設(shè)計(jì)處理量，按設(shè)計(jì)處理量的1.5倍選配輻射泵，使該泵的實(shí)際流量比其最低設(shè)計(jì)流量還小。在低流量下運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體的流動(dòng)狀況將發(fā)生改變，泵的運(yùn)行工況劣化，致使軸承和機(jī)械密封壽命急劇降低，噪聲加劇，故障率升高。正常操作時(shí)泵的出口壓力為4.8MPa，加熱爐前（調(diào)節(jié)閥后）壓力為1.3 MPa，即可滿足系統(tǒng)要求?？梢?，有大量的能量消耗在調(diào)節(jié)閥上，況且有時(shí)只有一臺(tái)爐子進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)行變頻改造，節(jié)約能源勢(shì)在必行。

3風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器系統(tǒng)

改造選用風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器2臺(tái)、配置手動(dòng)旁路柜。2臺(tái)兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵分別配置1臺(tái)高壓變頻器，采用“一拖一”變頻控制。

3.1風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)

風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)如表3所示。

3.2 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機(jī)。具體來說，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

（1）采用高速DSP作為中央處理器，運(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn)。

（2）飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。

（3）完整的工頻/變頻自動(dòng)互切技術(shù)?，F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài)，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。

（4）旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù)，高壓變頻器不停機(jī)，高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。

（5）線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統(tǒng)的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。

（6）單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握。

（7）單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù)，可以將其使用壽命提高1倍

（8） 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu)，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue），設(shè)備可靠性更高。

（9） 具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生。

（10） 限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負(fù)載突然變化而引起的過流保護(hù)，最大限度減少停機(jī)次數(shù)。

（11） 故障自復(fù)位功能：當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí)，可自動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)運(yùn)行。

4 焦化輻射進(jìn)料泵變頻控制方式

項(xiàng)目實(shí)施過程中技術(shù)人員以滿足裝置加工量和焦化爐平穩(wěn)運(yùn)行為根本，積極與工藝、設(shè)備人員進(jìn)行技術(shù)溝通，制定控制方案，做好DCS系統(tǒng)組態(tài)程序，并考慮到兩臺(tái)焦化爐并列運(yùn)行，制定如下控制方案：

（1）對(duì)兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵（P8102AB）進(jìn)行改造，采用一拖一手動(dòng)控制。

（2）通過變頻器控制柜上的“遠(yuǎn)程/本地”切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)就地啟動(dòng)和遠(yuǎn)程啟動(dòng)，改造前后操作方式基本不變，只增加了就地啟動(dòng)功能，為保證裝置生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以切換到工頻運(yùn)行，仍利用原來的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）從DCS組態(tài)程序中增加一套手動(dòng)操作程序，DCS輸出兩個(gè)4～20mA的直流信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而分別調(diào)節(jié)P8102AB的兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制泵出口壓力，利用原調(diào)節(jié)閥來平衡進(jìn)爐料的流量。

5變頻改造主回路

為防止變頻器檢修或故障對(duì)生產(chǎn)的影響，本次采用的JD-BP38-560F型高壓變頻器采用“一拖一”控制方式，配置手動(dòng)工頻旁路，主回路接線如圖2所示。

圖2 手動(dòng)旁路柜主回路

手動(dòng)旁路中，共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3，當(dāng)K1、K2閉合，K3斷開時(shí)，10kV電源經(jīng)隔離刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經(jīng)K2送至電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行；一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可斷開隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護(hù)和調(diào)試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

高壓變頻器和上級(jí)進(jìn)線開關(guān)柜設(shè)置連鎖，當(dāng)上級(jí)進(jìn)線開關(guān)柜斷路器處于合閘位置時(shí)，絕不允許操作變頻器旁路高壓隔離開關(guān)，以防出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象，確保操作的安全性，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時(shí)，及時(shí)跳開上級(jí)開關(guān)柜斷路器保護(hù)高壓變頻器和電機(jī)。

利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn)，將高壓變頻器有關(guān)信號(hào)接入原有DCS控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能。當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，將故障信息發(fā)送給DCS，以便于及時(shí)排除故障。

6焦化輻射泵變頻改造運(yùn)行情況

6.1 節(jié)能情況

改造完成后，高壓變頻器于2013年6月20日一次投入使用，至今運(yùn)行正常。焦化裝置運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，加工量為148t/h，原料配比和性質(zhì)穩(wěn)定，使泵輸送介質(zhì)的工況相對(duì)穩(wěn)定，泵的運(yùn)行情況良好，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。為檢驗(yàn)改造效果，以P8102A泵為例，對(duì)該泵改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4所示。節(jié)電效果十分明顯。操作壓力明顯降低。

改造后，進(jìn)料泵電機(jī)的電流由32A下降到15.8A，功率因數(shù)0.81提高到0.96，每小時(shí)節(jié)約功率為182.5kW，每年按4000h，每kW h按0.5元計(jì)算，則年節(jié)電為：

節(jié)電量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW h=365000元，兩臺(tái)泵一年可節(jié)省電費(fèi)730000元。

6.2其他收益

未改造之前純粹靠調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)爐原料流量，調(diào)節(jié)閥開度在25%～40%之間造成大量的能量浪費(fèi)，改造后，調(diào)節(jié)閥基本全開，系統(tǒng)壓力由4.8Mpa下降到2.6Mpa左右，大大減少了介質(zhì)度設(shè)備的沖蝕，延長(zhǎng)了系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命，初步估算，由于沖蝕磨損的減少，加熱爐進(jìn)料調(diào)節(jié)閥、前后手閥等有關(guān)閥門的使用壽命大大增加，僅此一項(xiàng)，年可節(jié)約設(shè)備更換費(fèi)用約23萬元。此外，降低了因磨損造成的閥門關(guān)閉不嚴(yán)、管線彎頭等出現(xiàn)漏點(diǎn)給生產(chǎn)帶來的不利影響，以及不安全因素。為裝置長(zhǎng)期安全生產(chǎn)提供了有力保證，安全效益巨大。

7結(jié)束語

在石化行業(yè)焦化輻射進(jìn)料泵上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，不僅解決了生產(chǎn)工藝中存在的問題，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備運(yùn)行安全性，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國(guó)“十二五”對(duì)節(jié)能減排工作的日益重視，變頻器用于石化行業(yè)的風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備節(jié)電效果顯著，而且性能穩(wěn)定、可靠性高，具有重要的推廣意義。

審核編輯：湯梓紅