金陵变频调速技术在焦化车间的成功应1.doc

变频调速技术在焦化车间的成功应用 金陵石化公司炼油厂 科技处 李立岩 邵林保一、 概况 延迟焦化装置是我厂的一个大型重油深加工装置，原料为我厂常压渣油，由常减压车间供给，分为冷、热两种进料。装置始建于1965年，目前加工能力为115万吨/年，焦化是我厂深度加工重质渣油的一个重要装置，它对于提高我厂轻油收率、消化重油、提高经济效益、开发化工综合利用有着重要的作用。焦炭化是依靠高温的作用使重质油（如重油、减压渣油、重油油浆等）进行裂解和缩合反应，生产气体、汽油、轻柴油、蜡油和石油焦的过程，因此说该装置是作为我厂这样一个燃料型炼厂的一个重要装置之一，它的消耗在我厂的能源消耗中占的比例也是相当大的，其能耗占全厂比例情况见表一。 焦化车间能耗占全厂能耗的比例情况表 表一 项目 全厂炼油能耗 千克标油/吨 焦化车间能耗 千克标油/吨 占全厂比例 % 九三年 62.55 24.05 38.45 九四年 69.77 29.28 41.97 九五年 71.33 29.18 40.91 九六年 72.9 29.09 39.90 九七年 72.64 28.12 38.71 九八年 85.57 29.05 33.95 九九年 81.49 29.48 36.18l 后建的一套焦化装置能耗没有计算在内。从上表可以看出焦化车间的能耗占全厂的比例是相当大的，从早几年的情况来看焦化车间所占全厂的能耗有上升的趋势，但是随着我厂的发展，其它装置的增加，焦化车间占全厂的能耗略有下降的趋势，但是为了增加效益，就要提高加工深度，因此，为了我厂的均衡发展，也为了获得更大的经济效益，我厂于1996年又新建了一套55万吨/年的焦化装置。因此，要降低全厂能耗首先降低占全厂能耗高的装置的能耗是必要的，从焦化车间的能耗构成情况来看，该车间的能耗组成是燃料、电、蒸汽、水，因此要降低焦化车间的能耗就要从这几方面入手，该车间自从建成以来一直注重节能管理，在多方面进行了节能改造，但是在节电方面一直进展不大，焦化车间上变频器之前的用电情况见表二，7月份停工检修前没有用变频器，而该车间的用电消耗主要是电机耗电，而我厂的电机的设计选型过程中一般都偏大，因此不但电耗高，而且调节阀选型过大后，机泵出口压力就会过高，造成机泵密封泄露，同时噪音过大，污染环境。随着电力电子技术的发展，变频调速技术的开发与应用使得人们多年的梦寐以求的交流电动机无极优质调速变为现实，也为各行各业提供了有效的电机节电途径。我厂延迟焦化车间基本上用的是适应炼油行业的防爆鼠笼式交流电动机，而交流变频调速器与这种电机可以很好的匹配，由变频器控制电机的好处就是，可以使普通的防爆交流鼠笼式电动机进行软启动，无启动电流过高的现象，同时可以使电机达到优质的无极调速，极大的节约了电能，而且有着更为可靠的控制方式，因此使用变频器为装置的安、稳、长、满、优运行提供了重要的保证，应该说是节电史上的一次革命。二、 该车间的消耗分布表一列出了焦化车间近年的能耗情况，表二可以看出电耗在该车间能耗中所占的比例是很大的，那么降低电机电能消耗就理所当然的成了降低能耗的关键。众所周知，设计人员进行设计和机泵选型时，都以最大加工负荷条件下流量为基准算出最大流体输送管路所 焦化车间94年512月份用电情况 表二 项目 电单耗千克标油/吨 车间能耗千克标油/吨占全车间能耗的比例 % 5月 8.69 33.13 26.23 6月 8.13 34.81 23.36 7月 停工 / / 8月 6.51 31.15 20.89 9月 5.83 28.19 20.68 10月 6.14 28.11 21.84 11月 6.31 28.05 22.50 12月 6.48 28.47 22.76需总压头再加上一定的富裕量，由此选择一个扬程和流量都能满足其工艺要求的机泵，如果没有正好与之匹配的机泵，就只好选择扬程和流量都稍大的型号的机泵。而对于装置的某个机泵而言，从管路特性曲线图可知，当管路流量变大时，作为通常恒速的机泵所能提供的扬程是随流量的增大而降低，因此在满足大流量下的管路压头的要求的机泵在低流量条件下所提供的扬程势必会远大于管路阻力所需的压头。为了机泵的正常运转，只有关小管路上的阀门，制造人为的阻力损失来平衡消耗机泵多余的扬程，致使噪音很大，阀门极易泄露。为此只好将调节阀开度转移到泵出口阀上，有些泵出口阀开度只有1/3甚至更小。面对上述情况决定在延迟焦化车间投用变频调速系统，从而走出一条节电挖潜增效的新路子。三、 变频调速技术的应用意义由上述分析可以看出当装置低处理量运行时的电能的浪费是惊人的，随着电子技术的发展，大功率晶体管和可关晶闸管技术的成熟，推动了高效变频调速技术的发展。因为电机的转速与流量成正比（n./n.=q./q.），当泵的转速下降时，泵的效率可以基本保持不变或稍有下降，而电机功率却下降了，需要的实际功率就下降了，由于电机的节电率为： n%=（1-n./n.）100%n. 表示对于同一台电机恒转速下电机的实际功率（千瓦）；n. 表示对于同一台电机转速下降后电动机实际功率（千瓦）；n 表示节电率（%）。因为电机的功率与电机的转速立方成正比，所以当电机转速下降时，电机的实际功率也就下降。经过严密的技术分析与论证，我们于94年7月在延迟焦化车间投用这一新技术，首先选择在机泵型号选择过大的、流量波动大的、调节阀选择较大的这样的机泵安装投用变频器，以期以最小的投入，取得最大的效益，这一年我们共安装了11台变频调速器，安装情况见表三。四、 变频器在延迟焦化车间的成功应用虽然变频器的技术是非常先进的，但是如何应用于我们的实际操作之中才是最重要的。如果它的技术的先进性得不到有效的发挥，从而所获得的效益就不可能理想。变频器的功能很多，优质的无级调速；软启动；转矩补偿；可限上下速；跟踪再启动；过热预报警等等，都是十分先进可行的功能，该装置所上的变频器的型号、机泵的泵号、及控制方式见表三。 变频器及其回路控制参数表 表三 机泵及其工艺位号 变频器型号控制回路的形式及参数选择泵1c 原料泵frn160p7-4ex闭路控制 流量泵4 汽油泵mf-45k-380闭路控制 液位泵7 轻蜡油泵mf-110k-380闭路控制 液位（双回路）泵8a 重蜡油泵mf-45k-380闭路控制 液位泵10 柴油泵mf-110k-380闭路控制 液位（双回路）泵24 补充吸收剂泵mf-45k-380闭路控制 流量泵21 脱吸塔进料泵mf-45k-380闭路控制 流量泵25 稳定塔进料泵mf-75k-380闭路控制 液位泵45 除氧水泵mf-45k-380闭路控制 液位泵46 a循环热水泵vt200s 闭路控制 流量3#炉风机mf-22k-380开环控制 排烟氧含量1. 首先利用变频器的闭环控制进行电机的无级调速。由于电机电源的频率降低，转速下降，从下面表四中可以看出机泵正常运转后， 转速的频率大多在20多hz，最大频率为40hz。转速降到原来额定转速的30%到80%之间，电机和机泵都处于轻载运行，机泵轴承的机械磨损减少很多，泵的密封和其他的配件寿命也大大地延长。 安装变频器后机泵的标定数据一览表 表四泵型号是否投用变频器 功率 kw 电流 a 频率 h z 转速 r/min泵出口压力 mpa泵出口流量 吨/时 节电率 %原料泵 投前193.83515029882.7125 投后67.2127.134.2920300.6912565.32汽油泵 投前33.460.55029702.020.4 投后18.6621.840.521001.352344.13蜡油泵 投前88.81545029701.699.3 投后18.1843.527.816660.799.379.52脱吸塔 投前34.5061.85029702.142.7进料泵 投后6.0915.724.314401.1553.282.32重蜡泵 投前40.1071.45029701.118.9 投后2.79.51911350.31993.27柴油泵 投前78.891415029701.455.4 投后26.1358.135.420901.155.466.88补充吸收 投前 19.837.15029702.617.16剂泵 投后9.2722.923.513881.614.453.18稳定塔进 投前64.8117.65029702.1539.13料泵 投后14.421.125.614971.4046.977.78除氧水泵 投前3560.45029703.14.9 投后11.5826.73320000.951466.91循环热水 投前1352285029701.2210 投后46.23463711121.19665.783#风机 投前14.9501480 投后1.594.919.1757589.322.节电效果十分明显，从上表可以看出，上了变频器后，机泵的节电率从44.13%到93.27%，而这11台变频器总节电为500kw.h ，全年节电为432万度电，每度电按0.51计，全年回收节电效益为220万元，投入按变频器每千瓦1200元计算，按投入回收效益比计算，那么回收期仅为6个多月，从94年511月份的用电情况也可以看出7月份安装投用变频器后装置的电单耗有明显的下降。由于电子技术的飞速发展，所以相同型号同功能的变频器的价格还在下降，而电费价格却一直没有下降，以后上变频器投资回收期还将缩短。3.由于炼油行业要求有稳定的转速，所以该装置变频器的控制方式均采用闭环控制，即将电机转速信号测出，转变成0-10v或4-20ma的标准信号，与给定值频率的模拟量进行比较，然后将信号输进调节器（pid，pim），进行调节后输出给变频器，这样可以随时休正转速的偏差量，进行转速控制，调节器就是仪表，也可以用计算机，变频器有标准接口进行连接。配装有变频器的电机既是泵的动力源又是回路调节控制执行机构，控制工艺参数不经气动调节阀控制，加上变频器控制全部是电信号传递，可视为平滑的无级调速过程，从记录纸上可以看出其记录线比控制阀控制线要平滑的多，从而为调节产品质量提供了更精确调整，提高了产品质量和收率，创造了可观的经济效益。4.投用变频器后，由于用变频器精确控制机泵的转速来调节泵的流量，因此机泵因流量的变化转速也相应有了很大变化，如循环热水泵，上变频器前标定时的流量为210吨/时，而上变频器后由于装置的生产发生了变化，此时该泵的流量仅为96吨/时，按照以往该机泵就会处于大马拉小车的状况，造成能源的浪费，而投用变频器后，该机泵的有功功率仅为46.23千瓦，投用变频器前的有功功率则为135千瓦，同时泵出口的压力由1.2mp下降到0.75mp，节能能力由此可以看出是非常明显的。5.投用变频器后，由于控制阀完全能够全开或取消，所以完全彻底的消除了控制阀因截流而产生的大电流，如原料泵虽然上变频器前后的流量没有变化，但是由于调节阀全开，泵出口阀全开，使得机泵上变频器前后泵出口压力变化很大，上前泵出口压力0.65mp，上后为2.7mp，因此而使电机节能65.42%。同时消除了控制阀因截流造成的尖啸声，改善了操作环境，有利于操作工的身心健康。6.由于机泵上变频器后，机泵的出口阀及调节阀全开，因此泵出口压力下降很大，沿途的管路的压力也相应下降，相当于机泵升了一级进行工作，因此机泵的维护量降低很大，上了变频器后，大受钳、电、仪维护人员的欢迎。7.同时充分利用变频器的其它优质性能造福于炼油行