摘要：簡(jiǎn)要介紹了中國石化股份有限公司九江石化公司電機變頻調速節能技術(shù)工業(yè)應用情況，并且列舉了渣油進(jìn)料泵、液氨輸送泵和加熱爐鼓風(fēng)機的變頻節能改造應用實(shí)例。實(shí)踐證明，應用電機變頻調速，不僅減少了電動(dòng)機、機泵和閥門(mén)等設備的故障率，延長(cháng)其使用壽命，而且節約電能效果顯著(zhù)，從而實(shí)現了電動(dòng)機、風(fēng)機、泵類(lèi)設備的經(jīng)濟運行，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，推進(jìn)了石油化工企業(yè)節能降耗、降本增效和可持續性發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞：石油化工；變頻調速；節能降耗

　　引言

　　在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，電動(dòng)機是應用最廣和數量最多的電氣設備之一，其大部分是風(fēng)機、水泵類(lèi)負載。早期設計的煉化裝置機泵設備一般未考慮使用變頻器，但是也并非所有機泵設備都適合使用變頻器。首先要考慮工藝要求的功能，其次是經(jīng)濟效益。一般而言，風(fēng)機、水泵類(lèi)負載大多是根據滿(mǎn)負荷工作需用量來(lái)設計選型，都留有10%以上的較大余量。此外，隨著(zhù)生產(chǎn)裝置加工量、物料性質(zhì)等工況的變化，實(shí)際需求功率也產(chǎn)生變化，流量、液面、壓力等工藝參數經(jīng)常隨工況的改變而改變，實(shí)際應用中風(fēng)機、水泵大部分工作時(shí)間并非處于滿(mǎn)負荷運行狀態(tài)，原來(lái)的電機恒速和機泵恒壓恒流設計則導致電能浪費；采用傳統方法是通過(guò)調節出口或入口的擋板、管路閥門(mén)及調節閥開(kāi)度來(lái)調節流量、液面等工藝參數，定速機泵輸出功率被工藝物流吸收作有用功的僅占30%～40%，而60%～70%的電能消耗在擋板、閥門(mén)節流壓降上，造成極大的電能損失和浪費。機泵節能的根本問(wèn)題在于如何使控制方案與實(shí)際負荷相匹配，在控制過(guò)程中降低閥門(mén)阻力，提高系統效率，這就為石油化工行業(yè)應用變頻調速節能技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。
　　
　　運用變頻調速節能技術(shù)，變頻調速器直接控制風(fēng)機、泵類(lèi)負載是一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內置的PID調節軟件，可以根據工藝負荷精確地自動(dòng)調節電動(dòng)機輸出頻率和轉速，保持恒定的水壓、風(fēng)壓，滿(mǎn)足生產(chǎn)裝置工藝系統要求的壓力。實(shí)際應用證明，當電機在額定轉速的80%運行時(shí)，節能效率可以達到40%。變頻調速器還可以實(shí)現大型電動(dòng)機的軟起動(dòng)和軟停機，避免了電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)對電力系統的電壓沖擊，降低了運行電流，不僅減少了電動(dòng)機、機泵和閥門(mén)設備故障率，延長(cháng)其使用壽命，而且節約電能效果顯著(zhù)，可以取得較好的經(jīng)濟效益，從而實(shí)現了電動(dòng)機、風(fēng)機、泵類(lèi)設備的經(jīng)濟運行。其節能原理矢量圖見(jiàn)圖1。

圖1  節能原理矢量圖

　　中國石化股份有限公司九江石化公司是江西省內唯一的煉油、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(cháng)江沿江主要煉化企業(yè)之一，有50多套生產(chǎn)裝置，擁有650萬(wàn)t/a原油綜合加工能力、30萬(wàn)t/a合成氨、52萬(wàn)t/a尿素、10萬(wàn)t/a聚丙烯、3萬(wàn)t/a硫磺生產(chǎn)能力，產(chǎn)品主要保障江西市場(chǎng)供應。該公司積極應對國際金融危機，努力挖潛增效，優(yōu)化生產(chǎn)運行，依靠科技進(jìn)步實(shí)現節能降耗。為了降低電氣設備的能耗和故障率，該公司積極開(kāi)展科技攻關(guān)、技術(shù)改造，應用和推廣電機變頻調速節能高新技術(shù)，有計劃地組織對重要生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵電氣設備變頻調速進(jìn)行系統優(yōu)化配置和完善。幾年來(lái)，富士、東芝、西門(mén)子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號的進(jìn)口變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產(chǎn)裝置廣泛推廣應用，先后對化肥渣油進(jìn)料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風(fēng)機、催化解析塔進(jìn)料泵、延遲焦化溶劑泵、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)裝置重要機泵驅動(dòng)電機，進(jìn)行了變頻調速節能改造，均取得了較好的節能效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，推進(jìn)了企業(yè)節能降耗、降本增效和可持續性發(fā)展。

　　據不完全統計，九江石化公司已經(jīng)投入資金5000多萬(wàn)元用于風(fēng)機、水泵變頻調速節能技術(shù)改造，平均投資回收期約2年。截止2009年11月底，九江石化公司已投入運行的變頻調速器有462臺，總裝機容量達到16000 KW。若按每臺設備平均節電率40%計算，則每年至少可節約電能4200萬(wàn)KWh，每年僅節約電費一項就達2500多萬(wàn)元，節約設備維修費、材料費100多萬(wàn)元。

　　1  變頻調速技術(shù)在化肥裝置渣油進(jìn)料泵的應用

　　渣油進(jìn)料泵A-GA101是九江石化公司30萬(wàn)t/a合成氨裝置的重要設備，將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進(jìn)料泵為德國西門(mén)子電動(dòng)機，功率75kW，轉速2982r/min，額定電壓380V，額定電流140A，額定出口流量28.52m?/h。原系統采用控制出口閥門(mén)的方法進(jìn)行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調節器，再由PID調節器輸出控制信號，控制出口調節閥的開(kāi)度，從而控制出口流量，保持流量穩定。原系統運行中存在以下問(wèn)題：節流量較大，泵出口閥的節流量已接近泵額定流量的一半，浪費大量的電能；控制精度低，出口流量波動(dòng)較大；電機工作在額定轉速，出力不變消耗電能；電機噪音較大，泵和管線(xiàn)閥門(mén)壓力較大，易造成泄漏。

　　2008年5月，九江石化公司利用化肥裝置檢修的時(shí)機，選用德國西門(mén)子（siemens）公司成套變頻設備，對3臺渣油進(jìn)料泵（2臺運行、1臺備用）進(jìn)行變頻優(yōu)化節能改造。投入運行后工藝控制平穩，由于變頻器的高精度調節，調節信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統帶來(lái)的滯后現象，從而使系統控制精度提高，壓力穩定，工藝運行指標得到了優(yōu)化。節能效果顯著(zhù)，節電率達到70%，按年運行8000h計算，2臺渣油進(jìn)料泵年節約電量:節電率×電動(dòng)機工頻功率×工作時(shí)間×2臺＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；節約電費:節電量×電價(jià)=420000×0.6＝252000元。維護量大幅減少，由于出口閥全開(kāi)，電動(dòng)機降速運行，使得管網(wǎng)壓力下降，減少了工藝設備的泄漏，降低了機泵磨損，降低了電機的溫升，設備維護周期延長(cháng)。由于變頻器代替了調節閥，解決了由于調節閥故障高給生產(chǎn)帶來(lái)的影響，使設備的維護量減少。系統實(shí)現了軟起動(dòng)，由于變頻器具有軟起動(dòng)功能，減小了電機起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運行1年來(lái)，運行可靠，自動(dòng)化程度高，渣油進(jìn)料泵流量控制精度高，可以充分滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，節能效果顯著(zhù)，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　2  變頻調速技術(shù)在化肥裝置液氨輸送泵6KV高壓電動(dòng)機的應用

　　液氨輸送泵T－GA101A是九江石化公司30萬(wàn)t/a合成氨裝置的關(guān)鍵設備，將生產(chǎn)的液態(tài)合成氨輸送到8000m?氨罐儲存，該泵采用日本富士高壓電動(dòng)機，機泵關(guān)鍵技術(shù)參數為：電機功率160KW，轉速2975r/min，額定電壓6KV，額定電流220A，介質(zhì)密度675.6kg/m?，流量91.4m?/h，無(wú)負偏差，進(jìn)口壓力0.01～0.08MPa，進(jìn)口溫度-33℃，出口壓力2.6MPa，額定揚程362m。

　　液氨輸送泵為立式離心泵，采用機械密封，由于電機長(cháng)時(shí)間連續運轉，負載波動(dòng)大，電機運行時(shí)產(chǎn)生機械振蕩，振動(dòng)值一直較高，加之液氨腐蝕性較強，經(jīng)常造成機封損壞出現氨泄露，液氨很容易吸熱氣化，造成泵體氣蝕，打不上量。設備故障率高，維修工作量大，基本上2～3個(gè)月就要檢修更換機封，影響了設備的長(cháng)周期運行和裝置的安全平穩生產(chǎn)。

　　2008年9月份，九江石化公司對液氨輸送泵進(jìn)行變頻節能改造，采用了日本富士6KV 、160KW的高壓變頻調速系統進(jìn)行變頻節能技術(shù)改造，通過(guò)電氣、儀表、工藝、設備各專(zhuān)業(yè)人員密切配合，保證了液氨輸送泵變頻改造后安全可靠地投入運行。實(shí)現了靠自動(dòng)控制電動(dòng)機轉速來(lái)控制介質(zhì)流量，使機泵出口閥處于全開(kāi)狀態(tài)，揚程與管網(wǎng)阻力特性曲線(xiàn)相吻合，電動(dòng)機降速運行，電動(dòng)機運行電流明顯降低。氨輸送泵及驅動(dòng)電機各項運行參數都在正常范圍之內，電機實(shí)現了軟起動(dòng)，減小了大電機起動(dòng)對電網(wǎng)的沖擊，電機軸承運行溫度不超過(guò)60℃，振動(dòng)、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標準要求，機泵運行時(shí)的機械振蕩、振動(dòng)值大幅降低，軸承等機械部件磨損減少，避免了泵的抽空現象，泵端面密封系統不易損壞，有效延長(cháng)了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命，減少了工藝設備的泄漏，機泵故障率大幅降低，提高了設備運行的安全可靠性，設備維護工作量減少，連續運行1年多進(jìn)行常規中修，實(shí)現了機泵的長(cháng)周期運行。變頻調速器的加速和減速時(shí)間可根據工藝要求調節，最快可達0.2s。調速范圍從0.5～100%，調速精度達0.5%，機械特性硬，調速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環(huán)自動(dòng)控制時(shí)可用原有儀表信號，能滿(mǎn)足化肥生產(chǎn)裝置長(cháng)周期、連續生產(chǎn)各種嚴格的工藝技術(shù)要求。液氨輸送泵變頻調速節能技術(shù)改造獲得了良好的節能效果，節電率達到60%，年節電50多萬(wàn)KWh。為煉油化工裝置應用推廣6kV高壓電機變頻節能技術(shù)積累了經(jīng)驗，使之成為石油化工企業(yè)節能降耗的亮點(diǎn)。

　　3  變頻調速技術(shù)在煉油裝置鼓風(fēng)機的應用

　　加熱爐鼓風(fēng)機是九江石化公司500萬(wàn)t/a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統的重要設備，風(fēng)機輸出功率為185kW，原設計是通過(guò)調節風(fēng)門(mén)擋板實(shí)現風(fēng)量調節，設備運行能耗長(cháng)期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統工藝自動(dòng)化控制水平，節約電能，提高經(jīng)濟效益，2009年3月份，九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對其進(jìn)行變頻節能改造，采用風(fēng)機變頻調速系統取代低效率、高能耗的風(fēng)門(mén)擋板節流控制。選用日本東芝公司專(zhuān)用于平方減轉矩負載的A5P系列變頻器。該變頻器采用最新智能絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊和東芝獨特矢量運算控制，有良好的技術(shù)性能。其主要特點(diǎn)有：新的電流限制功能，當機泵超負荷時(shí)，通過(guò)抑制轉矩來(lái)限制過(guò)電流，使變頻器不跳閘，機泵繼續運轉；電壓反饋控制功能，當電源電壓變化時(shí)，可瞬時(shí)補償輸出電壓、保證變頻器穩定運行；學(xué)習加減速功能，根據負荷狀態(tài)自動(dòng)調整最合適的加減速時(shí)間，方便設備調試；自動(dòng)節電運行方式功能，在確保負荷所需轉矩的條件下，將電流降到最小，自動(dòng)節電運行；內置工頻/變頻切換時(shí)序電路，保證石油化工流程工業(yè)裝置生產(chǎn)的連續性和可靠性，可以方便切換、互為備用。

　　加熱爐鼓風(fēng)機經(jīng)過(guò)變頻節能改造投用后，變頻調速器操作安全平穩，具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、電源缺相等自動(dòng)保護功能，實(shí)現了風(fēng)量壓閉回路自動(dòng)調節控制。驅動(dòng)電機可以實(shí)現軟起動(dòng)和無(wú)級調整轉速，消除了電機起動(dòng)時(shí)6倍的沖擊電流，避開(kāi)機械共振點(diǎn)及運轉噪音，風(fēng)機運行的振動(dòng)值大幅降低，避免了鼓風(fēng)機運行時(shí)的機械振蕩，大大降低了設備故障率，延長(cháng)了機械負載的運轉壽命，減輕了設備維修工作量，節能效果明顯。變頻器運轉方式靈活多樣，操作方便，操作人員只需調節變頻器面板上的電位器旋鈕即可手動(dòng)調整風(fēng)量。變頻器可以手動(dòng)控制也可以完全實(shí)現自動(dòng)控制，并且可與加熱爐煙氣回收系統自動(dòng)控制裝置進(jìn)行電氣、儀表連鎖，實(shí)現加熱爐的自動(dòng)保護及計算機控制，不會(huì )因鼓風(fēng)機突發(fā)事故影響裝置安全生產(chǎn)。根據工藝負荷自動(dòng)調節鼓風(fēng)機電機輸出頻率，在約20Hz時(shí)運行，電機運行電流從原來(lái)的220A降至90A，可以同時(shí)滿(mǎn)足常減壓裝置2臺加熱爐的供風(fēng)量，該臺設備節電效率達到60%，據測算每年可節約電費60萬(wàn)元。

　　4  結束語(yǔ)

　　石化產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高能耗、高污染行業(yè)。多年來(lái)，我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業(yè)推廣高新技術(shù)實(shí)現節能減排目標，并且在資金上給予了很多優(yōu)惠政策，為石油化工等高能耗行業(yè)進(jìn)行節能降耗改造開(kāi)辟了新的途徑。為應對國際金融危機的影響，落實(shí)黨中央、國務(wù)院關(guān)于保增長(cháng)、擴內需、調結構的總體要求，確保石化產(chǎn)業(yè)穩定發(fā)展，國家編制出臺《石化產(chǎn)業(yè)調整和振興規劃》，《規劃》中提出：“堅持加快技術(shù)改造與推進(jìn)自主創(chuàng )新相結合。加大引進(jìn)技術(shù)的消化吸收力度，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步。加大技術(shù)進(jìn)步與技術(shù)改造投入，設立石化產(chǎn)業(yè)振興和技術(shù)改造專(zhuān)項?！彪m然企業(yè)對節能技術(shù)改造項目進(jìn)行了較大的投資，但是節能項目投用后的未來(lái)收益卻是巨大的。不僅降低了企業(yè)對節能項目投資風(fēng)險，而且使企業(yè)設備技術(shù)升級、降低了運行成本。

　　目前，變頻調速技術(shù)已經(jīng)在石油化工行業(yè)的不同領(lǐng)域、不同深度得到了推廣和應用，中國石化股份公司九江石化公司等一批領(lǐng)先的石油化工企業(yè)還實(shí)現了變頻調速技術(shù)的初步普及。但是，變頻調速節能技術(shù)應用還不夠廣泛，潛力仍然巨大。我認為，還要抓好幾個(gè)環(huán)節：一是成套設備制造環(huán)節，要根據需要，在電力拖動(dòng)系統大力應用變頻調速技術(shù)；二是工程設計環(huán)節，設計師是工程應用變頻調速等高新技術(shù)的先導，對成熟技術(shù)要堅持同時(shí)設計、同時(shí)訂貨、同時(shí)施工、同時(shí)投用的“四同時(shí)”原則，推進(jìn)變頻節能技術(shù)的推廣普及；三是應用環(huán)節，作為石油化工企業(yè)的管理者、操作者、運行維護者，都要學(xué)習新技術(shù)、引進(jìn)新技術(shù)、推廣新技術(shù)、更好的使用新技術(shù)，讓變頻節能技術(shù)作為石油化工行業(yè)機泵電力控制的主要技術(shù)之一，實(shí)現節電降耗的目的；四是研發(fā)環(huán)節，要根據國民經(jīng)濟的發(fā)展需要，石油化工行業(yè)和其他行業(yè)的需求，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、豐富變頻調速技術(shù)與產(chǎn)品，使之系列化、標準化、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，讓節電、節能進(jìn)一步落實(shí)到石油化工生產(chǎn)的全流程，在取得明顯節能效果的基礎上，保證石油化工企業(yè)安全平穩運行。

　　變頻調速技術(shù)以其顯著(zhù)的節能效果、安全易控、優(yōu)質(zhì)無(wú)級平滑調速、高精度地控制工藝參數、投資回收期短等優(yōu)勢，越來(lái)越廣泛地應用在石油化工行業(yè)的多種與工藝設備配套的電力拖動(dòng)設備中，必將成為石油化工電力拖動(dòng)的中樞設備。應用變頻調速技術(shù)也是石油化工等高能耗行業(yè)改造挖潛、增加效益的有效途徑，同時(shí)也是國民經(jīng)濟實(shí)現可持續發(fā)展的戰略需要?，F階段我國電力等能源供應缺口仍然很大，供需矛盾突出，在加快電力建設速度的同時(shí)，石油化工企業(yè)應該積極依靠科技進(jìn)步，應用和推廣變頻調速等節能高新技術(shù)，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益，不斷提升企業(yè)的核心競爭力，推進(jìn)企業(yè)節能降耗、降本增效，實(shí)現石油化工工業(yè)的可持續發(fā)展。