高壓變頻器在焦化輻射進料泵中的應(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)，濰坊市百強工業(yè)企業(yè)和濰坊市百強民營企業(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)場焦化裝置配置兩臺輻射進料泵，一用一備，平均一年運行8000h單臺4000h。正常生產(chǎn)需要根據(jù)焦化爐內(nèi)的壓力和流量進行頻繁的調(diào)節(jié)其原料進料流量。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)進焦化爐輻射段的進料流量，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)閥沖洗十分嚴重，造成維修費用居高不下，為減少電能浪費，降低生產(chǎn)成本，用戶決定使用變頻進行調(diào)節(jié)，還有輻射進料泵承擔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設(shè)備進行改造。經(jīng)過多方考察，比較性價比，決定選用山東新風光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-560F高壓變頻器2套對焦化輻射進料泵進行改造，改造取得了成功。

2 焦化輻射進料泵原系統(tǒng)現(xiàn)狀

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

圖1 輻射進料泵流程圖

由于生產(chǎn)原料的限制，該裝置實際處理量低于設(shè)計處理量，按設(shè)計處理量的1.5倍選配輻射泵，使該泵的實際流量比其最低設(shè)計流量還小。在低流量下運行時，泵內(nèi)液體的流動狀況將發(fā)生改變，泵的運行工況劣化，致使軸承和機械密封壽命急劇降低，噪聲加劇，故障率升高。正常操作時泵的出口壓力為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，況且有時只有一臺爐子進行生產(chǎn)，進行變頻改造，節(jié)約能源勢在必行。

3風光JD-BP38-560F高壓變頻器系統(tǒng)

改造選用風光JD-BP38-560F高壓變頻器2臺、配置手動旁路柜。2臺兩臺輻射進料泵分別配置1臺高壓變頻器，采用“一拖一”變頻控制。

3.1風光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)

風光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)如表3所示。

3.2 風光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點

風光牌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，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，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)補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。具體來說，風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：

（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

（2）飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。

（3）完整的工頻/變頻自動互切技術(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)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài)，還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能，整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。

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

（5）線電壓自動均衡技術(shù)（星點漂移技術(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：實時顯示檢測系統(tǒng)的直流電壓，從而實現(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，并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。

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

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

（11） 故障自復(fù)位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復(fù)位，繼續(xù)運行。

4 焦化輻射進料泵變頻控制方式

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

（1）對兩臺輻射進料泵（P8102AB）進行改造，采用一拖一手動控制。

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

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

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，配置手動工頻旁路，主回路接線如圖2所示。

圖2 手動旁路柜主回路

手動旁路中，共有3個高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3，當K1、K2閉合，K3斷開時，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送至電動機，電動機變頻運行；一旦變頻裝置出現(xiàn)故障，可斷開隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動電機運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調(diào)試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。

高壓變頻器和上級進線開關(guān)柜設(shè)置連鎖，當上級進線開關(guān)柜斷路器處于合閘位置時，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，當出現(xiàn)嚴重的故障時，及時跳開上級開關(guān)柜斷路器保護高壓變頻器和電機。

利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點，將高壓變頻器有關(guān)信號接入原有DCS控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了遠方/就地控制功能。當高壓變頻器出現(xiàn)故障時，將故障信息發(fā)送給DCS，以便于及時排除故障。

6焦化輻射泵變頻改造運行情況

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，至今運行正常。焦化裝置運行穩(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)的工況相對穩(wěn)定，泵的運行情況良好，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。為檢驗改造效果，以P8102A泵為例，對該泵改造前后運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，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，進料泵電機的電流由32A下降到15.8A，功率因數(shù)0.81提高到0.96，每小時節(jié)約功率為182.5kW，每年按4000h，每kW h按0.5元計算，則年節(jié)電為：

節(jié)電量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW h=365000元，兩臺泵一年可節(jié)省電費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，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，年可節(jié)約設(shè)備更換費用約23萬元。此外，降低了因磨損造成的閥門關(guān)閉不嚴、管線彎頭等出現(xiàn)漏點給生產(chǎn)帶來的不利影響，以及不安全因素。為裝置長期安全生產(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)備運行安全性，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著我國“十二五”對節(jié)能減排工作的日益重視，變頻器用于石化行業(yè)的風機、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