常減壓裝置高溫油泵690 V變頻改造方案設(shè)計(jì)

楊 帆

(中國石油化工股份有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430082)

中國石油化工股份有限公司武漢分公司2號常減壓裝置設(shè)計(jì)處理量為500萬t/a，2008年初建成投產(chǎn)，當(dāng)初考慮到裝置有擴(kuò)容至650萬t/a加工能力的需求，機(jī)泵選型偏大，導(dǎo)致泵出口閘閥截流嚴(yán)重，泵的故障率高。2008年底～2009年上半年對泵的葉輪進(jìn)行切削后，泵的故障率有所降低，但泵出口閘閥的開度仍然不超過40%，截流現(xiàn)象依然存在。2010年大檢修對2號常減壓裝置的一些低壓小型電機(jī)增設(shè)了變頻器，運(yùn)行效果良好，但額定電壓6 kV的中型電機(jī)，由于中壓變頻器占地空間大、 價格高、可靠性差、運(yùn)維費(fèi)用高等原因， 一直采用控制泵出口閥門開度的方式控制流量，導(dǎo)致泵的出口壓力高 ，能耗大。

1 中型電機(jī)變頻改造方案的提出

2016年公司停工大修期間，將2號常減壓裝置的1臺高溫油泵——減底渣油泵P-1018B，由定頻運(yùn)行的6 kV中型電機(jī)改為690 V 變頻調(diào)速。裝置開工后， 該泵的出口壓力從2.2～2.3 MPa下降到0.7～0.9 MPa， 機(jī)泵的節(jié)電率高達(dá)60%， 泵檢修頻次由原來的每年2次降至2年1次， 不僅節(jié)省了檢維修費(fèi)用，還延長了機(jī)泵的連續(xù)運(yùn)行時間； 油泵出口壓力下降， 降低了換熱器浮頭和法蘭漏油的概率， 使高溫油泵的安全可靠性大大提高。由于減底渣油泵P-1018B改造的效果顯著， 因此車間希望進(jìn)一步擴(kuò)大690 V電機(jī)變頻調(diào)速的應(yīng)用范圍， 并對計(jì)劃變頻改造的機(jī)泵進(jìn)行了排序。

2號常減壓裝置提出的擬進(jìn)行變頻改造的機(jī)泵清單依次是：

1) 減二線及減一中泵P-1015A/B；

2) 減三線及減二中泵P-1016A/B；

3) 原油泵P-1001A/B；

4) 減一及減頂回流泵P-1014A/B。

4個臺位的機(jī)泵，每個臺位中各改造1臺，共4臺泵。與這些泵匹配的都是6 kV的中型電機(jī)，額定功率在220～900 kW。

2 改造方案可行性分析

2.1 需要變頻改造機(jī)泵的基本情況分析

原油泵P-1001工藝流程詳見圖1。來自原油罐區(qū)的40 ℃原油，經(jīng)原油泵P-1001升壓后，分3路進(jìn)入脫前原油換熱系統(tǒng)，經(jīng)3路換熱升溫后，合并為1路進(jìn)入電脫鹽系統(tǒng)，進(jìn)入脫鹽罐時溫度為130 ℃左右。

減一及減頂回流泵P-1014、減二線及減一中泵P-1015、減三線及減二中泵P-1016工藝流程較原油泵P-1001工藝流程要復(fù)雜一些，如圖2所示。

圖1原油泵P-1001工藝流程

圖2 泵P-1014、P-1015及P-1016工藝流程

泵P-1014從減壓塔第Ⅰ段填料下集油箱抽出180 ℃的減一線油，經(jīng)換熱器換熱和空冷器冷卻至50 ℃左右后分為2路，1路進(jìn)入減一線作為柴油餾分出裝置，另1路返回至第Ⅰ段填料上方作為減頂冷回流。

泵P-1015從減壓塔第Ⅲ段填料下集油箱抽出280 ℃的減二線及減一中油，經(jīng)換熱器換熱和蒸發(fā)器蒸發(fā)，產(chǎn)生1.0 MPa蒸汽，溫度降至190 ℃左右后分2路，1路作為減一中返回減壓塔第Ⅲ段填料上方，另1路送出裝置作為加氫裂化原料或至蠟油線作為催化聯(lián)合原料。

泵P-1016從減壓塔第Ⅳ段填料下集油箱抽出320 ℃的減三線及減二中油，一部分作為洗滌油進(jìn)入第Ⅴ段填料上方，另一部分經(jīng)換熱器換熱至230 ℃左右后分2路，1路作為減二中返回減壓塔第Ⅳ段填料上方，另1路繼續(xù)經(jīng)換熱器換熱后分2路，1路送出裝置作為催化原料，另1路直接送至加氫處理裝置。

泵P-1015和 泵P-1016的介質(zhì)油溫大于240 ℃，屬于高溫油泵；泵P-1001和泵P-1014為普通油泵。

4個臺位的機(jī)泵除了泵P-1015沒有切削葉輪外，其余3個臺位的泵都進(jìn)行過葉輪切削，葉輪切削前后的葉輪直徑、電機(jī)軸功率和葉輪切削后的出口閥門開度見表1。

表1 需要變頻改造機(jī)泵的基本參數(shù)

*注：原油泵P-1001葉輪切削后直徑和電機(jī)功率為B泵2次切削后的數(shù)據(jù)。

泵P-1001B在2009年初進(jìn)行過1次葉輪切削，切削了9.47%，切削后效果顯著，泵出口壓力從2.3 MPa 降到了1.65 MPa，電機(jī)功率也下降了31%；2014年底進(jìn)行了第2次切削，又切削了8 mm，兩次葉輪切削累計(jì)量53 mm，切削百分比達(dá)到11.2%，但第2次葉輪切削沒有達(dá)到預(yù)期的效果。由于泵P-1001B葉輪的累計(jì)切削量過大，車間和轉(zhuǎn)動設(shè)備專業(yè)擬對泵P-1001B進(jìn)行更新?？紤]到公司要保證下游80萬t/a乙烯裝置的原料供應(yīng)，且2號常減壓裝置的原油品質(zhì)和原油加工量穩(wěn)定并維持在較高的負(fù)荷水平，重新設(shè)計(jì)的泵P-1001B將會與目前裝置實(shí)際的500萬t/a加工量更加匹配，泵的出口閥門開度會大幅提高，出口壓力會下降，閥門截流情況也會得到改善，再對其進(jìn)行變頻改造沒有意義，建議泵P-1001B根據(jù)新泵的軸功率重新配置電機(jī)。因此，2號常減壓裝置此次需要進(jìn)行變頻改造的中型電機(jī)只有3臺，即泵P-1014、泵P-1015和泵P-1016。

2.2 變頻改造方案的可行性分析

2.2.1重新配置電機(jī)

葉輪切削改變了泵的軸功率，如果仍用原來的電機(jī)，則電機(jī)處于輕載狀態(tài)，“大馬拉小車”，效率較低，所以應(yīng)該根據(jù)葉輪切削后泵的軸功率重新配置電機(jī)，使其與機(jī)泵匹配，在高效區(qū)運(yùn)行。高比轉(zhuǎn)速離心泵葉輪切削前后的軸功率，與葉輪外徑的3次方成正比，匹配電機(jī)的額定功率也應(yīng)相應(yīng)降容。

由于實(shí)際運(yùn)行中這些泵的出口閥門截流情況仍然比較嚴(yán)重，且變頻改造后是軟啟動，所以電機(jī)的額定功率可以適當(dāng)偏小些。根據(jù)表1提供的泵切削葉輪后電機(jī)的軸功率，重新配置電機(jī)的詳細(xì)情況如表2所示。

表2 重新配置電機(jī)的基本參數(shù)

*注：泵P-1001B擬進(jìn)行更新改造，電機(jī)的額定功率需按照更新后泵的軸功率重新核定。

從表2可見，泵P-1015沒有切削葉輪，電機(jī)仍保持原來的280 kW額定功率；泵P-1016重新配置的電機(jī)可降容4檔，為450 kW；泵P-1001不需要進(jìn)行變頻改造，仍用6 000 V電壓等級，但重新配置的電機(jī)可降容4檔至560 kW；泵P-1014重新配置的電機(jī)只有185 kW， 屬于小型電機(jī)， 宜采用400 V電壓系統(tǒng)配電更經(jīng)濟(jì)合理。所以， 實(shí)際采用690 V電機(jī)變頻改造的機(jī)泵只有2臺高溫油泵，即泵P-1015 和泵P-1016。

由于現(xiàn)場只有1臺6 300/690 V變壓器的位置，且接在2號常壓開閉所的6 kVⅡ段電源上，所以泵P-1015和泵P-1016只能選擇B泵進(jìn)行690 V電機(jī)變頻改造。泵P-1014電機(jī)接入的400 V 電壓系統(tǒng)是雙電源供電，可以選擇A泵進(jìn)行變頻改造。

2.2.2變壓器增容

泵P-1015和泵P-1016進(jìn)行690 V電機(jī)變頻改造后，接入690 V系統(tǒng)的電機(jī)額定功率之和為1 410 kW，功率因數(shù)按0.8計(jì)算，6 300/690 V變壓器容量需要從目前的800 kVA擴(kuò)容至2000～2 400 kVA，變壓器室現(xiàn)有空間滿足要求，變壓器的基礎(chǔ)需要重新設(shè)計(jì)，可在2號常減壓裝置停工大修時施工。

2.2.3配電盤和變頻器安裝

利用2號常壓配電間現(xiàn)有的富余空間安裝配電盤和變頻器柜。配電間400 VⅠ段電源正好有一個預(yù)留盤位可以安裝泵P-1014A的變頻器柜。在配電間中間區(qū)域的預(yù)留配電盤基礎(chǔ)上，保證人行通道位置后，還有約15 m的基礎(chǔ)長度，可以用來安裝690 V配電盤和變頻器柜。電氣主接線示意見圖3。

2.3 改造的主要工作量

1) 拆除1428柜原有800 kVA變壓器，安裝1臺2 000 kVA的變壓器。

2) 安裝1組690 V配電柜和相應(yīng)的變頻器，將原來直接接在800 kVA變壓器690 V低壓側(cè)的加熱爐引風(fēng)機(jī)和減底渣油泵P-1018B的變頻器柜，接至新安裝的690 V配電柜。

3) 在400 V一段電源配電盤預(yù)留盤位上安裝泵P-1014A的變頻器柜。

圖3變頻改造后的電氣主接線示意

4) 拆除2號常壓開閉所配出的泵P-1014A、泵P-1015B和泵P-1016B高壓電機(jī)、電纜和操作柱，安裝新配置的低壓電機(jī)及相應(yīng)的電纜和操作柱，并接至新安裝的配電柜中。

5) 拆除下來的6 kV電機(jī)重新配置，比如可將從泵P-1016B拆除下來的710 kW電機(jī)，配置給沒有計(jì)劃更新的泵P-1001A，可在不增加投資的情況下讓電機(jī)與泵更加匹配。

2.4 投資收益分析

整個變頻改造項(xiàng)目的投資估算大約是177.1萬元，其中：主材費(fèi)105.1萬元，輔材費(fèi)30萬元，安裝費(fèi)25.2萬元，監(jiān)理費(fèi)5.8萬元，設(shè)計(jì)費(fèi)11萬元。

2017年這3個臺位機(jī)泵的總用電量是736萬kWh。3臺機(jī)泵變頻改造后的總節(jié)電率按25%預(yù)估，電費(fèi)按照武漢供電公司目前執(zhí)行的目錄電價0.573 8元/kWh計(jì)算，1年可節(jié)約電費(fèi)105.6萬元，財(cái)務(wù)費(fèi)用按年息4.35%計(jì)，僅變頻改造節(jié)省的電費(fèi)，2年即可收回投資。

3 存在的問題及改進(jìn)建議

3.1 存在的問題

1) 由于僅有的1臺6 300/690 V變壓器接在Ⅱ段電源， 所以， 泵P-1015B、 泵P-1016B和泵P-1018B 上的690 V變頻電機(jī)都在Ⅱ段電源上。變頻泵操作靈活、 節(jié)電、 故障率低， 客觀上造成這3個臺位的機(jī)泵都是B泵為主泵，A泵為備泵。為了降低“晃電”的風(fēng)險， 裝置通常會將用電負(fù)荷盡可能均勻地分配在2段電源上。那么， 其它臺位的機(jī)泵就會變成A泵為主泵， B泵為備泵。這與當(dāng)初設(shè)計(jì)A、B泵互為主備用的初衷是不一致的。

2) 由于只有1臺6 300/690 V變壓器，不能像雙電源配電間那樣，可以在不對生產(chǎn)裝置造成任何影響的情況下，通過倒閘操作對其中的1臺變壓器回路停電，進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)和維修。在目前裝置生產(chǎn)4～5年的長周期運(yùn)行條件下，1個生產(chǎn)周期至少會安排1～2次停電， 進(jìn)行預(yù)防性維修。為了配合檢維修， 裝置必須把6 300/690 V變壓器上所有的690 V變頻調(diào)速電機(jī)全部切換到6 kV定頻運(yùn)行的A泵， 給裝置的正常生產(chǎn)造成了不便。如果不對6 300/690 V變壓器進(jìn)行預(yù)防性維修， 一旦1 428柜出現(xiàn)故障跳閘， 多臺機(jī)泵同時失電停機(jī)， 將會給裝置生產(chǎn)造成較大的沖擊。

3.2 改進(jìn)建議

1) 如果這次變頻改造依然如預(yù)期效果一樣良好，裝置又有進(jìn)一步擴(kuò)大690 V電機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用的需求?？蓪?號常減壓裝置的4臺6 300/400 V變壓器的負(fù)荷進(jìn)行分類，根據(jù)工藝需要和風(fēng)險評估的結(jié)果，把用電設(shè)備分為需雙電源供電的和可單電源供電的2類。將需要雙電源供電的用電設(shè)備由1號、 2號變壓器供電(變壓器容量需要根據(jù)負(fù)荷情況重新校核)，可單電源供電的用電設(shè)備由4號變壓器供電。

2) 拆除現(xiàn)在6 300/400 V的3號變壓器，改為6 300/690 V變壓器。對現(xiàn)在的2號常壓配電間的平面布置進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，搭建1個690 V單母線分段的雙電源配電間，既為其他需要變頻改造的中型電機(jī)增加了變壓器容量和配電接入位置，也為2號常減壓裝置長周期運(yùn)行條件下的變壓器預(yù)防性維修提供條件。

4 結(jié)語

2號常減壓裝置提出的4臺中型電機(jī)變頻改造的要求，原油泵P-1001通過B泵的更新使之與裝置實(shí)際加工量更加匹配；減一及減頂回流泵P-1014A 重新配置電機(jī)后，可采用400 V電機(jī)變頻；只有2臺高溫油泵(減二線及減一中泵P-1015B 和減三線及減二中泵P-1016B)采用了690 V電機(jī)變頻改造。對于有調(diào)速需求的中等功率的機(jī)泵，采用690 V電機(jī)變頻，除了投資少、可靠性高、運(yùn)維費(fèi)用低、節(jié)電效果顯著等優(yōu)點(diǎn)外，還可以減少換熱器浮頭、法蘭漏油的概率，延長油泵的機(jī)械密封使用壽命，減少油泵的維修費(fèi)用，提高油泵的安全可靠性，在常減壓裝置的高溫油泵上應(yīng)用效果更佳。隨著煉油裝置越來越大型化，690 V 電壓系統(tǒng)和變頻調(diào)速裝置在煉化企業(yè)有著廣泛的應(yīng)用前景。