西門子變頻器在化肥氣化爐渣油進料泵的應(yīng)用

中國石化集團公司九江石油化工總廠 汪學(xué)峰

1 引言

中國石化股份有限公司九江石化公司是江西省內(nèi)唯一的煉油、化肥、化工配套生產(chǎn)的國有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國石化長江沿江主要煉化企業(yè)之一，主要有常減壓蒸餾、重油催化裂化、催化重整、加氫精制、延遲焦化、合成氨、尿素、聚丙烯、硫磺回收等60多套生產(chǎn)裝置，具有650萬t/a原油綜合加工能力。九江石化公司保障了江西省及周邊地區(qū)成品油市場供應(yīng)，為發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、石油化工產(chǎn)業(yè)提供了有力支撐，上繳稅費一直位居江西省工業(yè)企業(yè)前列。

九江石化公司努力挖潛增效、優(yōu)化生產(chǎn)運行，依靠科技進步實現(xiàn)節(jié)能降耗。為了降低設(shè)備能耗和故障率，該公司應(yīng)用和推廣變頻調(diào)速節(jié)能高新技術(shù)，對具有節(jié)能潛力的風(fēng)機、泵和壓縮機配套的驅(qū)動電機進行變頻調(diào)速節(jié)能改造。

近幾年來，西門子變頻器等自動化設(shè)備在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產(chǎn)裝置推廣應(yīng)用，先后對化肥渣油進料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風(fēng)機、原油輸送泵、聚丙烯造粒機組、熱電鍋爐排粉風(fēng)機等生產(chǎn)裝置重要機泵驅(qū)動電機，進行了變頻調(diào)速節(jié)能改造，均取得了較好的節(jié)能效果，降低電氣設(shè)備的能耗和故障率，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，推進了石油化工企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)健康發(fā)展。

據(jù)統(tǒng)計，九江石化公司應(yīng)用西門子變頻器對風(fēng)機、水泵進行變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造，平均投資回收期約1.6年，每臺設(shè)備平均節(jié)電率40%，節(jié)約電能效果明顯，每年可節(jié)約電費、設(shè)備維修費和材料費500多萬元。

2 氣化爐渣油進料泵原系統(tǒng)分析

2.1 渣油進料泵主要技術(shù)參數(shù)

九江石化公司30萬t/a合成氨裝置采用荷蘭殼牌（Shell）渣油氣化制氨專利技術(shù)，渣油進料泵A-GA101是該公司化肥廠合成氨裝置的重要設(shè)備，其作用是將減壓渣油、脫油瀝青等原料輸送到2臺單爐產(chǎn)氨500t/d的殼牌氣化爐制氫。

渣油進料泵的驅(qū)動電機為德國西門子電動機，機泵主要技術(shù)參數(shù)：電動機功率（P）75kW，轉(zhuǎn)速（n）2982r/min，額定電壓（U）380V，額定電流（I）140A，額定出口流量（Q）28.52m3/h。

2.2 渣油進料泵原系統(tǒng)運行中存在的問題

渣油進料泵原系統(tǒng)采用儀表控制系統(tǒng)控制出口閥門的方法控制介質(zhì)流量，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調(diào)節(jié)器，再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號，控制出口調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制出口介質(zhì)流量，以保持流量穩(wěn)定。

渣油進料泵儀表控制系統(tǒng)信號滯后，調(diào)節(jié)閥故障率高，控制精度低，出口介質(zhì)流量波動大；出口閥門的節(jié)流量較大，接近泵額定流量的50%，浪費了大量的電能；電機運行時產(chǎn)生機械振蕩，且振動值一直較高；電動機一直工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變，消耗電能；電動機運行噪聲較大；泵和管線閥門承受的壓力較大，經(jīng)常造成機械密封損壞，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏；減壓渣油、脫油瀝青等原料介質(zhì)粘稠，經(jīng)常造成泵打不上量；設(shè)備故障率高，維修工作量大，基本上2～3個月就要檢修更換機械密封或者檢修機泵，影響了渣油進料泵長周期運行，嚴(yán)重制約化肥裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 西門子變頻器在合成氨氣化爐渣油進料泵的工業(yè)應(yīng)用方案

2009年6月，九江石化公司利用化肥裝置檢修的時機，選用西門子公司成套變頻設(shè)備，對3臺渣油進料泵（2臺運行、1臺備用）的驅(qū)動電機進行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。

3.1 變頻調(diào)速節(jié)能原理

應(yīng)用電機變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)控制風(fēng)機、泵類負(fù)載是一種先進、科學(xué)的控制方法。利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)軟件，可以根據(jù)工藝負(fù)荷精確地自動調(diào)節(jié)電動機輸出頻率和轉(zhuǎn)速，保持恒定的水壓、風(fēng)壓，滿足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實際應(yīng)用證明，當(dāng)電機在額定轉(zhuǎn)速的80%運行時，節(jié)能效率可以達到40%。

西門子變頻調(diào)速器還可以實現(xiàn)大型電動機的軟起動和軟停機，避免了電動機起動電流對電力系統(tǒng)的沖擊，降低了運行電流，不僅減少了電動機、機泵和閥門設(shè)備故障率，延長其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，從而實現(xiàn)了電動機、風(fēng)機、泵類設(shè)備的經(jīng)濟運行。變頻調(diào)速節(jié)能原理矢量圖見圖1。

用西門子變頻器代替儀表調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)自動控制電動機轉(zhuǎn)速來控制介質(zhì)流量，使機泵出口閥處于全開狀態(tài)，揚程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合，電動機降速運行，電動機運行電流明顯降低。渣油進料泵及驅(qū)動電機各項運行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi)，電機實現(xiàn)了軟啟動，減小了大電機啟動對電網(wǎng)的沖擊，電機軸承運行溫度不超過60℃，振動、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，機泵運行時的機械振蕩、振動值大幅降低，軸承等機械部件磨損減少，避免了泵的抽空現(xiàn)象，泵端面機械密封系統(tǒng)不易損壞，有效延長了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命。由于出口閥全開，電動機降速運行，使得管網(wǎng)壓力下降，減少了工藝設(shè)備的泄漏，機泵故障率大幅降低，減少了設(shè)備維護工作量，從而提高了設(shè)備運行的安全可靠性。

3.2 渣油進料泵變頻技術(shù)改造后取得的效果

渣油進料泵經(jīng)過變頻技術(shù)投入運行后，西門子變頻器運行安全可靠，自動化程度高，流量控制精度高，工藝運行平穩(wěn)。西門子變頻器的加速和減速時間可根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)，調(diào)速性能極好。由于西門子變頻器的調(diào)節(jié)信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統(tǒng)信號滯后現(xiàn)象，解決了由于調(diào)節(jié)閥故障高給生產(chǎn)帶來的影響，從而使系統(tǒng)控制精度提高，工藝運行指標(biāo)得到了優(yōu)化，管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，機泵故障率大幅降低，提高了化肥裝置生產(chǎn)過程的安全性和可靠性。渣油進料泵連續(xù)運行1年多，只進行了1次常規(guī)中修，實現(xiàn)了機泵的長周期運行，滿足了大型化肥生產(chǎn)裝置長周期、連續(xù)生產(chǎn)各種嚴(yán)格的工藝技術(shù)指標(biāo)。

3.3 渣油進料泵變頻技術(shù)改造的節(jié)能效益

渣油進料泵變頻調(diào)速技術(shù)改造后，節(jié)能效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟效益。節(jié)電率達到70%，按年運行8000h計算，2臺渣油進料泵年節(jié)約電量：節(jié)電率×電動機工頻功率×工作時間×臺數(shù)＝70%×75kW×8000h×2臺＝840000kW/h；節(jié)約電費：節(jié)電量×電價＝840000kW/h×0.6元/kW/h＝504000元＝50.4萬元，該項目投資75萬元，投資回收期約1.5年。

4 對西門子的幾點建議

雖然，目前西門子變頻器已廣泛應(yīng)用于石油石化、煤炭、紡織、印刷、電子設(shè)備、制藥、起重、新能源、電力等各個領(lǐng)域的工業(yè)控制。九江石化公司等一批國內(nèi)領(lǐng)先的大型石油化工企業(yè)，已實現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)的初步普及，且取得了良好的節(jié)能效果。但是，變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的深度還不夠，市場潛力仍然巨大。對此，筆者認(rèn)為西門子還應(yīng)抓好以下幾個環(huán)節(jié)的工作：

（1）成套設(shè)備制造環(huán)節(jié)。要根據(jù)石油化工行業(yè)特點的需要，研發(fā)制造成套變頻設(shè)備，在電力拖動系統(tǒng)大力推廣和應(yīng)用變頻技術(shù)，進一步優(yōu)化和完善系統(tǒng)配置，取得理想的節(jié)能降耗效果，達到提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目的。（2）工程設(shè)計環(huán)節(jié)。堅持同時設(shè)計、同時制造、同時訂貨、同時施工、同時投用的“五同時”原則，推進變頻節(jié)能技術(shù)的推廣普及。（3）工業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)。積極推廣應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)，使其成為石油化工行業(yè)機泵電力控制的主要技術(shù)之一，對具有節(jié)能潛力的風(fēng)機、泵和壓縮機配套的驅(qū)動電機進行變頻調(diào)速節(jié)能改造，實現(xiàn)節(jié)電降耗的目的。（4）技術(shù)研發(fā)環(huán)節(jié)。根據(jù)石油化工行業(yè)和其他行業(yè)的需求，進一步開發(fā)、豐富變頻調(diào)速技術(shù)與產(chǎn)品，使之系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、高技術(shù)化，為石油化工企業(yè)提供更好的變頻器和成套技術(shù)系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

石油化工行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是高能耗、高污染行業(yè)。在政府大力提倡低碳經(jīng)濟，盡可能地減少石油、煤炭等高碳能源消耗，鼓勵和支持企業(yè)調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，推廣高新技術(shù)，提高能源利用效益，實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，并且在資金上給予很多優(yōu)惠政策的引導(dǎo)下，為化肥工業(yè)等高能耗行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，開展科技創(chuàng)新、技術(shù)改造、節(jié)能降耗開辟了新的途徑。

西門子變頻器以其顯著的節(jié)能效果，安全、易控，優(yōu)質(zhì)、無級、平滑調(diào)速，高精度控制工藝參數(shù)，投資回收期短等優(yōu)勢，越來越廣泛地應(yīng)用在石油化工行業(yè)的多種與工藝設(shè)備配套的電力拖動設(shè)備中。

實踐證明，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)是石油化工等高能耗行業(yè)挖潛改造、節(jié)能降耗、降本增效的有效途徑，是石油化工企業(yè)履行節(jié)能減排社會責(zé)任、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要，必將成為石油化工工業(yè)電力拖動的中樞設(shè)備，具有重要的推廣意義。

[1]張燕賓.變頻器應(yīng)用教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

[2]陳偉.機泵選用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[3]趙全慶.變頻調(diào)速技術(shù)在煉油廠節(jié)能改造設(shè)計中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)計,2006,23(3):38-40.