高壓變頻調(diào)速器在加氫原料油泵上的應用

丁大衛(wèi) 盧彥（錦西石化公司）

高壓變頻調(diào)速器在加氫原料油泵上的應用

丁大衛(wèi) 盧彥（錦西石化公司）

對錦西石化100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置原料油泵增設(shè)高壓變頻調(diào)速器的可行性進行了分析，使用變頻器每年可節(jié)省大量電能，既優(yōu)化了生產(chǎn)操作，又有利于設(shè)備的長周期運轉(zhuǎn)。另外，原料增壓泵的轉(zhuǎn)速不能無限制地降低，控制系統(tǒng)應增設(shè)系統(tǒng)壓力-機泵轉(zhuǎn)速串級控制以維持生產(chǎn)的平穩(wěn)。

原料油泵 變頻調(diào)速器 綜合能耗 效益

錦西石化分公司100×104t/a柴油加氫改質(zhì)裝置原料油進料泵是該裝置的主要設(shè)備之一，為裝置的生產(chǎn)提供高壓混合原料油。裝置原料油泵采取的是一開一備的配置模式，其中1臺為日本進口的4BP-1213多級離心泵，另1臺為沈陽水泵廠生產(chǎn)的TD175-170×10多級離心泵。因裝置原料油泵出口閥開度常年在50%左右，研究決定，對功率較大的國產(chǎn)TD175-170×10多級離心泵進行變頻改造。

1 離心泵變頻改造

離心泵的主要參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)

1.1 異步電動機調(diào)速方法

異步電動機定子三相對稱繞組空間成120°角，通以三相對稱電流后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（亦稱同步轉(zhuǎn)速）為：

異步電動機轉(zhuǎn)差率為：

式中：

f1——定子繞組電源頻率；

p——磁場對數(shù)；

s——轉(zhuǎn)差率；

n——異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

由式（3）可知，異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法有以下幾種：

◇改變電動機的磁極對數(shù)調(diào)速；

與爆燃不同，表面點火一般是在正常火焰燒到之前由熾熱物點燃混合汽所致，沒有壓力沖擊波，敲缸聲比較沉悶，主要是由活塞、連桿、曲軸等運動部件受到?jīng)_擊負荷產(chǎn)生振動而造成。

◇改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速；

◇改變供電電源頻率調(diào)速。

1.2 可行性效益分析

正常運轉(zhuǎn)時，泵的性能曲線見圖1[1]。

正常運轉(zhuǎn)時：流量Q=125 t/h，出口壓力P=15 MPa，電動機電流I=102 A，泵的軸功率P=921.1 kW，泵效率η=74%，泵轉(zhuǎn)速n=2 980 r/min，原料油密度ρ=0.786 g/cm3，管路特性曲線H=A+BQ2。

同一臺泵，葉輪直徑不變，改變轉(zhuǎn)速，其性能依照比例定律：

正常操作時反應器入口壓力約為10.48 MPa，根據(jù)現(xiàn)場實際管路壓降及設(shè)備壓降損耗，最大約為0.55 MPa。因此，泵出口壓力為10.48+0.55=11.03 MPa時，即可滿足系統(tǒng)需要，此時有效揚程H=11.03×100/0.786=1 403 m，而實際操作時揚程H=15×100/0.786=1 908 m。

由該泵性能曲線上查出預期工作點A：

依據(jù)比例定律[2]：

泵的輸出功率 Pu=ρgQH/1000 kW=0.786×1 000×9.8×187×1 403/（3 600×1 000） =561 kW

泵的軸功率 PD=561/0.74=758 kW

功率節(jié)約921.1-758=163.1 kW。如按年運行8 000 h計算，可節(jié)約電130.48 kWh，按1 kWh 0.5元計算，可節(jié)約資金65.24×104元。

2 項目實施及應用效益

經(jīng)過考察最終高壓變頻器選型為廣州智光電氣ZINVERT系列ZINVERT-A5H1250/06Y高壓變頻器，項目總投資約60×104元。

儀表控制系統(tǒng)在原有基礎(chǔ)上進行了簡易的增設(shè)和改造，將原泵出口流量指示回路FI-1106改為FRC-1106控制回路，通過變頻調(diào)節(jié)泵出口流量，并在DCS界面增設(shè)電流顯示。

不同出口流量時，電動機的參數(shù)見表2。

表2 電動機主要參數(shù)（轉(zhuǎn)速2 550 r/min）

經(jīng)計算，平均節(jié)約電量約168 kW/h。

泵經(jīng)變頻技術(shù)改造后，實際出口壓力由原來的15 MPa降至11 MPa，大大降低了管路系統(tǒng)的沖刷磨損；出口壓力的降低，對離心泵軸向力的平衡、軸瓦和密封組件的使用壽命都有很大的改善。可以說，高壓變頻技術(shù)的應用在整個裝置的長周期運轉(zhuǎn)和機泵的維護方面都產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。

3 存在的問題

由于多級離心泵為原料增壓泵，為了達到輸送流體的目的，出口壓力必須高于反應系統(tǒng)壓力，所以該泵的轉(zhuǎn)速不能無限制地自由調(diào)節(jié)降低。為此，控制系統(tǒng)應增設(shè)系統(tǒng)壓力-機泵轉(zhuǎn)速串級控制，這樣，對于維持平穩(wěn)的生產(chǎn)和降低能耗將大有裨益。

工藝參數(shù)變化，尤其是系統(tǒng)壓力變化較大時，泵出口的流量波動也偏大。經(jīng)分析，主要原因為控制系統(tǒng)不夠精確，泵出口流量受轉(zhuǎn)速、出口閥開度精度、系統(tǒng)壓力波動交叉干擾。

[1]姬忠禮,鄧志安,趙會軍.泵和壓縮機[M].北京:石油工業(yè)出版社,2008:7-69.

[2]張湘亞,陳弘.石油化工流體機械[M].北京:石油大學出版社,1996:6-66.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.08.011

丁大衛(wèi)，2005年畢業(yè)于中國石油大學（北京），工程師，從事設(shè)備管理工作，E-mail：dingdawei163@163.com，地址：遼寧省葫蘆島市連山區(qū)新華大街42號錦西石化制氫加氫，12500。

2011-08-10）