高压变频器在抚顺石油三厂分子筛机泵中的应用（上）

　　摘要：抚顺石油三厂是一个石油化工性企业，各生产装置的机泵以往由于技术上的原因，均作定速运动。流量、压力、液面等工艺参数的调节是用调节阀来控制的，造成大量的能量损耗在阀门的阻力上。
　　关键字：高压，变频技术，石化，应用
　　1990年开始，我们先后在厂内100余台低压电机上应用了变频器。节电效果很显著，平均节电率达50%以上，各生产装置的耗电量明显下降，同时也解决了一系列相应的设备隐患问题。
　　近年来由于技术的发展，高压变频技术已相当成熟，设备价格也有所下降，为推广应用创造了有利条件。1997年，我们首次在石油三厂关键生产装置分子筛P501机泵上应用高压变频技术取得了成功，收到非常好的效果。
　　1 分子筛P501机泵应用高压变频器的必要性
　　石油三厂分子筛装置年生产能力为14万吨，是全部采用美国UOP技术建造的一座现代化装置，在抚顺石化公司所属企业工艺上起着承上启下的作用，非常重要。

图1 500单元-热油系统工艺流程示意图

　　分子筛装置中最重要的是500单元——热油系统，而P501泵又是热油系统的关键，其简单的工艺流程如图1所示：分子筛P501泵的入口罐V501是一个高位氮封罐，具有仪表液位检测装置，氮气的压力为0.5Mpa。P501热油泵有三台：入口压力0.5Mpa，出口压力额定1.94Mpa，最小连续流量366m3/h，额定流量1100m3/h，热油温度为300℃（-0℃-+28℃），转速2970 r/min。P501电机三台：额定电压6000V，工作额定电流58.7A，电机的容量为610kW，F级绝缘，电机的额定转速为2980 r/min。泵的出口总管线上有一个流量孔板。热油出泵后，流过H501加热炉内盘管进行加热。根据装置处理量不同，炉子要求通过热油的流量不同并保持稳定。副线：热油从加热炉出来，进入11个重沸器，每个重沸器均有压控阀，由DCS控制进入各重沸器热油的多少，多余的热油通过副线压控阀5FRC10回到泵的入口罐V501，11台重沸器出口热油进行完热交换后也流到泵的入口罐。
　　分子筛装置投产一年多P501逐步暴露出一些工艺及设备上的问题，主要有：其一、由于生产要求，流量为1300m3/h，而一台泵为1100m3/h，流量不够，所以必须开两台泵才能满足生产要求。因开两台机泵，造成热油系统压力高，使11台重沸器及所有热油系统漏油严重，损失较大；其二、由于热油流量远远大于所需流量（多出300—400m3/h），造成加热炉负荷加重，耗费燃料增多，能量损失过大；其三、因为开两台泵输出的总流量远远大于所用流量，使泵的出口压力高于额定压力运行（2.2—2.4Mpa），甚至多出泵的最高压力运行，使泵的端面密封泄漏频繁，备件更换频繁，人工及设备备件耗费大；其四、由于热油系统流量远远大于所需流量，300—400m3/h的热油经过加热炉加热后被迫通过副线压控阀5FRC10回泵的入口罐，造成电机电能浪费严重，基于上述原因，对P501泵进行变频技术改造也就非常有必要了。
　　2 应用高压变频器可行性分析
　　根据96年11月25日装置在109%负荷的实测，两台电机耗电1080kWh，如果通过变频把电机转速降下来，保证热油系统所需压力情况下，同样的流量，两台电机只需耗电580kWh，每小时净节电500kWh，全年按8000小时计算，节电400万kWh，节约资金170万元，效益非常可观。
　　根据抚顺石化公司《九八》生产发展规划及抚顺石化公司石油三厂关于九七年技措项目讨论会议纪要的精神，我们开始着手进行高压变频器的可行性研究。
　　（1） 根据加热炉对入口流量的需要量，泵出口流量计测出的4-20mA信号，进DCS后与给定信号进行比较后的差值，经PID调节后作为变频器的反馈输入信号，控制电机的转速，保证流量的稳定；
　　（2） 由于转速下降，泵的出口压力也成平方关系下降，此过程应保证导热炉油能进入炉子，进导热管后，再进入重沸器中，再回到泵入口罐；
　　（3） 使用变频器后，电机转速应在保证泵的出口压力前提下随着流量的变化而自动调节；
　　（4） 变频器应具备手动/自动切换功能，并具有变频运行停车指示，以及电流、电压、频率指示，以便生产维护人员进行巡检维护；
　　（5） 变频装置应具有接地、过载、短路、过压、过流保护功能，并具有故障报警显示功能；
　　（6） 变频装置对电网的谐波干扰应在中国国家标准规定的范围内。
　　2.1主要设备
　　针对分子筛热油系统目前存在的工艺及设备问题，我们决定对热油泵P501A、B两台机泵进行改造，采用美国ROBICON公司ID—CS456的电源高—低—高式高压原装进口变频器。其主要设备有：

图2 交—直—交变频器

　　（1） 降压变频器（1个）：将输入6kV电压降为460V电压。
　　（2） 变频器（1个）：460V交—直—交变频器，见图1。
　　（3） 升压变频器（1个）：从460V变频电压升至6kV变频电压。
　　我们根据石油三厂的实际，设计装置年开工时间为8000小时。公用系统安排依托原有设施，不增加新的工程，整个改造建设工期为2个月。变频器电源柜，仍为原有的沈阳成套高压开关厂生产的ZN58型真空开关，动力电缆及变频器一次保护系统不变。仪表的检测用压力表需新安装，4-20mA控制电缆需新敷设，DCS控制系统利旧。总计划投资为400万元，其中变频器费用370万元，土建及电缆、仪表费用约30万元。
　　实际的运行分析，从泵类运行的关系式可以看出，当机泵降速运行时，流量一定要满足生产需要，这时的泵的扬程（泵出口压力）也相应下降，实际扬程为ｈ=ｈo×（n/no）2；但是管网阻力（管网压力）在管网不变的情况下，R不变，即管网压降与流量平方成正比，在正常情况下，虽然泵的转速下降，泵出口压力与管网压降按同一比例下降，不会影响装置的安全生产。
　　应用变频器之后，可以达到以下效果：
　　· 满足生产工艺自动化控制的要求，由于响应准确灵敏，所以可保证正常生产的平稳可靠。
　　· 节电效果非常显著
　　· 减少机泵、密封及管线等的维护保养量
　　· 降低工人劳动强度