中國化工正和集團(tuán)股份有限公司 劉建永 牟建亭 劉國亮

山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司 魏廷林

摘 要：本文詳細(xì)介紹了高壓變頻器在石油化工行業(yè)中的節(jié)能效果及應(yīng)用前景，高壓變頻器豐富的功能在石油化工行業(yè)中得到充分應(yīng)用和改善。與工頻控制相比較，生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)消耗都得到極大的改善和優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：節(jié)能 石油化工 高壓變頻器

Abstract: This article introduces in detail the high voltage inverter in petroleum chemical industry energy saving effect and the application prospect, the high voltage inverter rich function obtains the full application and the improvement in the petroleum chemical industry. Compares with the power frequency control, the production craft and the productive consumption all have the enormous improvement and the optimization.

Key words： Energy saving Petrochemical industry High voltage inverter

　　近年來國家倡導(dǎo)節(jié)能減排，我公司積極響應(yīng)國家節(jié)能增效的政策，節(jié)能產(chǎn)品在我公司得到了大量推廣，集團(tuán)公司2006年新上焦化裝置的兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)料流量，調(diào)節(jié)閥正常開度在30%左右，大量能量消耗在調(diào)節(jié)閥節(jié)流上。調(diào)節(jié)閥前壓力高達(dá)3.8Mpa,操作極不穩(wěn)定，且調(diào)節(jié)閥沖刷十分嚴(yán)重，正常使用壽命為1.5個(gè)月左右，造成極大維修成本，為減少電能浪費(fèi)，節(jié)約成本，集團(tuán)公司決定對(duì)焦化輻射進(jìn)料料泵進(jìn)行節(jié)能改造。

　　目前市場上高壓變頻器產(chǎn)品較多，變頻調(diào)節(jié)類型多種多樣，國外產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，正和集團(tuán)在節(jié)約成本的策略前提下，考慮到某些國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平，能滿足運(yùn)行要求，集團(tuán)公司根據(jù)掌握的變頻器資料，公開招標(biāo)，進(jìn)行性價(jià)比比較，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-500F型高壓變頻調(diào)速器勝出。

　　風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，在產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量保障措施、系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)和服務(wù)方面，具有以下優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：

1)輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數(shù)高。無須濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償，可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)；

2)系統(tǒng)控制電源采用220VAC和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更簡便。可在無高壓電的情況下檢測(cè)變頻器的輸出及各點(diǎn)波形，便于調(diào)試、檢修及操作人員陪訓(xùn)；

3)冷卻風(fēng)機(jī)采用高壓主電源降壓后直接驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)僅在上高壓電且變頻器開機(jī)后運(yùn)行，避免了冷卻風(fēng)機(jī)啟、停時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的影響；

4)更適應(yīng)于國內(nèi)電網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為U_N+15～-20%；

5)瞬時(shí)停電保護(hù)功能。當(dāng)主電源失電后，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復(fù)，變頻器回到原運(yùn)行狀態(tài)。瞬時(shí)停電時(shí)間典型值為3秒（具體時(shí)間可以根據(jù)用戶的系統(tǒng)而定），超過3秒變頻器則保護(hù)，檢查停電原因，以免變頻繼續(xù)運(yùn)行而引起事故；

6)限流功能。避免啟動(dòng)或負(fù)載突然變化時(shí)，使變頻器輸出電流過大而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作；

7)操作平臺(tái)采用全中文WIN系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，且易學(xué)易用；

8)完善的上位機(jī)控制功能。可與DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊或I/O方式硬連接；

9)主要器件均采用世界一流廠商的成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品從元器件至半成品及成品，均實(shí)現(xiàn)100%的嚴(yán)格測(cè)試。各系列產(chǎn)品出廠前均完成100%72小時(shí)以上負(fù)載測(cè)試記錄，確保產(chǎn)品的可靠性；

10)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性設(shè)計(jì)方面，公司擁有獨(dú)享專利技術(shù)：一種使電解電容延長一倍使用壽命的裝置。

2.2二次回路及控制

　　控制系統(tǒng)由控制器，PLC和人機(jī)界面組成。控制器由三塊光纖板，一塊信號(hào)板，一塊主控板和一塊電源板組成。

光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號(hào)，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)或工作模式。單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號(hào)，并在故障時(shí)向光纖板發(fā)出故障代碼信號(hào)。

　　主控板采用高速單片機(jī)，完成對(duì)電機(jī)控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機(jī)界面主控板進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來人機(jī)界面主控板的參數(shù)設(shè)置。

　　人機(jī)界面為用戶提供友好的全中文操作界面，負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可選上位監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制。通過主控板和PLC采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出電流、電壓、功率、運(yùn)行頻率等運(yùn)行參數(shù)，提供記錄功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過載、過流進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485通訊口與PLC連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。

　　PLC用于變頻器內(nèi)部開關(guān)信號(hào)以及現(xiàn)場操作信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)的邏輯處理，增強(qiáng)了變頻器現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。PLC有處理4路模擬量輸入和2路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處理來自現(xiàn)場的流量、壓力等模擬信號(hào)或模擬設(shè)置時(shí)的設(shè)置信號(hào)；模擬輸出量是頻率給定信號(hào)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1示。由移相變壓器，功率單元和控制器組成。風(fēng)光6KV高壓變頻器，變壓器有15組付邊繞組，分為5個(gè)功率單元/相，三相共15個(gè)單元，采用30脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。

圖1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

主界面：

參數(shù)設(shè)置界面：

圖4 輻射進(jìn)料泵流程圖

輻射進(jìn)料泵流程圖如圖4所示。輻射進(jìn)料泵（P1202）給焦化爐供應(yīng)原料，輻射進(jìn)料泵（P1202ＡＢ）牽引電機(jī)型號(hào)為YAKK450，輸出功率為500KW，額定電流為 48A，因工藝需要，泵選型為嘉利特荏原泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的TDF250-120*5，泵揚(yáng)程為565米，出口壓力P1為4.8Mpa,調(diào)節(jié)閥前壓力P2為3.8Mpa,原料流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后壓力P2為1.7Mpa,可見，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。

　　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)路子并列運(yùn)行，制定如下控制方案：

1）兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵（P1202/AB）只對(duì)B泵進(jìn)行改造，既節(jié)省投資，又增加裝置操作安全性。

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，人為地輸出一個(gè)4—20mA的直流信號(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)P1202B的電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制泵出口壓力P1，利用原調(diào)節(jié)閥來平衡四路爐子進(jìn)料流量。變頻器一次側(cè)及二次側(cè)接線圖如5所示。

圖5 變頻器一次側(cè)及二次側(cè)接線圖

　　裝置運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，加工量為50噸/小時(shí)，未經(jīng)改造前噸油單耗電僅此泵就為8.155KW/h，改造后開一臺(tái)爐子，噸油單耗電為2.442KW/h，開兩臺(tái)爐子加工量為100噸/小時(shí)，噸油單耗電為1.649KW/h，節(jié)電效果十分明顯。操作壓力明顯降低。

工 頻(一臺(tái)焦化爐)

　　投資回收期經(jīng)測(cè)算，6-7個(gè)月可收回成本。

　　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20-35%之間造成大量的能量浪費(fèi)，調(diào)節(jié)閥前后壓差高達(dá)2.7Mpa,生產(chǎn)過程中流量波動(dòng)大，調(diào)節(jié)質(zhì)量差，爐出口溫度波動(dòng)大，難以控制，調(diào)節(jié)性能不好，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收率。而且調(diào)節(jié)閥本身沖刷嚴(yán)重，堆焊司太萊硬質(zhì)合金的閥芯組件正常使用壽命也只有1.5個(gè)月左右，產(chǎn)生大量的維修費(fèi)用，經(jīng)變頻改造后進(jìn)爐原料量主要靠變頻控制，調(diào)節(jié)閥開度在90%左右，只起到平衡四路流量的作用，流量控制穩(wěn)定，爐出口溫度調(diào)節(jié)平穩(wěn)，調(diào)節(jié)質(zhì)量明顯提高。調(diào)節(jié)閥沖刷基本消除，大大延長了調(diào)節(jié)閥使用壽命。未改造之前原料系統(tǒng)操作壓力高達(dá)4.8MPa,原料為380---400攝氏度的高溫渣油，易燃易爆，極易發(fā)生泄漏，生產(chǎn)中存在很大的安全隱患，改造后系統(tǒng)操作壓力降至2.0Mpa,大大提高了裝置運(yùn)行的安全性。

　　新風(fēng)光的高壓變頻投用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，便于操作，受到了操作工人的稱贊，減少了維修工人的勞動(dòng)量。這次改造取得了很好的效果，節(jié)能環(huán)保；降低系統(tǒng)壓力，安全得到保障；減少了調(diào)節(jié)閥沖刷、有效地降低機(jī)泵配件（軸承、機(jī)械密封、葉輪）磨損，減少了維修費(fèi)用；變頻軟啟動(dòng)避免了直接啟動(dòng)對(duì)公司電網(wǎng)的沖擊；這次改造開了焦化裝置輻射進(jìn)料泵變頻運(yùn)行的先河，給全國焦化裝置樹立了典范，在石化行業(yè)做出了榜樣。這一成果榮獲中國化工集團(tuán)公司“五小”成果三等獎(jiǎng)。

劉建永 男 工程師，供職于中國化工正和集團(tuán)股份有限公司。

[1]山東新風(fēng)光電子使用手冊(cè)[Z] 山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司。

[2]《高壓變頻器在電爐除塵風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用》劉海鵬、郭培彬、王 濤。《變頻器世界》2006年第1期。