1、項目背景介紹

氦氣，作為素有 “黃金氣體” 美譽(yù)的稀有資源，在高新技術(shù)、國防安全、醫療科研等諸多關(guān)鍵領(lǐng)域起著(zhù)不可替代的重要作用。然而，我國卻面臨著(zhù)氦氣資源蘊藏量稀少、品質(zhì)欠佳以及開(kāi)發(fā)利用難度頗大的嚴峻挑戰，特別是在高精尖設備制造領(lǐng)域，對于高純度氦氣的需求極度依賴(lài)進(jìn)口。故而，攻克氦氣提取技術(shù)難題可謂迫在眉睫。

寧夏天利豐能源利用有限公司二期40萬(wàn)噸/年液化天然氣（LNG）聯(lián)產(chǎn)100萬(wàn)方高純氦氣項目在歷經(jīng)兩年緊張有序的建設后，如期機械竣工，并一次性開(kāi)車(chē)成功，全面進(jìn)入試生產(chǎn)運行階段。作為國內最大的單列LNG聯(lián)產(chǎn)高純氦氣一體化項目，總投資6.8億元，年新增銷(xiāo)售收入預計15億元，設計規模為日處理天然氣200萬(wàn)方，年生產(chǎn)高純氦氣（5N）100萬(wàn)方。

壓縮機在混合制冷循環(huán)液化流程中是不可或缺的關(guān)鍵設備，主要用于壓縮制冷劑，產(chǎn)生制冷量，為后續流程中各節流閥降壓降溫做好準備。在混合冷劑制冷工藝中，冷劑壓縮機是最為核心的設備之一，用于加工大循環(huán)量冷劑，因而對設備的密封性有著(zhù)極高的要求。

2、項目實(shí)施與應用情況

本項目提氦裝置的原料氣為上游LNG裝置的閃蒸氣，粗氦提取單元采用混合冷劑+氮氣循環(huán)制冷工藝，提精采用液氮供冷的高壓冷凝+低溫吸附工藝。具有投資省、能耗低、運行維護及操作簡(jiǎn)單等顯著(zhù)優(yōu)勢，對緩解我國氦氣資源短缺問(wèn)題起到積極作用，同時(shí)也為國家氦氣戰略性安全提供了有力保障。

為了達成這一目標，寧夏天利豐能源選擇了希望森蘭提供的定制化10kV高-高電壓源型變頻裝置。采用了高壓同步并網(wǎng)無(wú)擾投切技術(shù)，實(shí)現了變頻至工頻的完全無(wú)擾動(dòng)切換。這一技術(shù)的應用，不僅優(yōu)化了壓縮機的運行曲線(xiàn)，實(shí)現了大型低溫裝備國產(chǎn)化、打破國外技術(shù)壁壘。同時(shí)，在保障了現有LNG工廠(chǎng)安全穩定生產(chǎn)基礎上，提高了氦氣處理過(guò)程的高精度與高效率，還降低了運行成本，實(shí)現了經(jīng)濟性突破。

希望森蘭大功率高壓變頻裝置包括多繞組移相變壓器、功率單元柜、控制柜，其系統原理圖如下：

多繞組移相變壓器額定輸入電壓為10KV，具有24個(gè)輔助二次繞組，輔助繞組額定輸出電壓為690VAC，給24個(gè)功率單元供電；功率單元柜由24個(gè)功率單元組成，共分為三相，每相由8個(gè)功率單元組成，每個(gè)功率單元額定輸出電壓為722V，8個(gè)功率單元串聯(lián)，輸出最大相電壓為5774V，線(xiàn)電壓10000V；控制柜負責協(xié)調24個(gè)功率單元波形輸出疊加以及相關(guān)保護及控制功能，具有遠程控制接口，能夠實(shí)現遠程自動(dòng)化控制需求。

超大功率高壓變頻驅動(dòng)系統技術(shù)亮點(diǎn)：

（1）  電網(wǎng)側諧波小，輸入功率因數高

裝置內部移相變壓器采用延邊三角形接法，可以保證系統在20%以上負載時(shí)電網(wǎng)側功率因數保持在0.96以上。

（2）  采用無(wú)速度傳感器矢量控制

起動(dòng)轉矩可達150%，為壓縮機類(lèi)設備提供瞬間強大的啟動(dòng)扭矩。變頻軟起裝置對電網(wǎng)電壓波動(dòng)有極強的適應能力，即使電壓下降35%仍可降額運行。

（3）  輸出諧波小，無(wú)轉矩脈動(dòng)和附加發(fā)熱

采用多重化正弦脈寬SVPWM，輸出電壓dv/dt小，失真度低，電流諧波含量少，不會(huì )損傷普通電機絕緣，避免了電動(dòng)機額外發(fā)熱。

（4）  降低電機起動(dòng)電流，起動(dòng)過(guò)程無(wú)沖擊

提供多條起動(dòng)曲線(xiàn)，起動(dòng)時(shí)間由運行人員設定，可保證電動(dòng)機安全運行并可延長(cháng)其使用壽命。軟起動(dòng)過(guò)程對電網(wǎng)不會(huì )產(chǎn)生沖擊電流，同時(shí)大大降低了電動(dòng)機及其負載的機械磨損，節省了維護費用，提高生產(chǎn)連續性。

（5）  可靠性高，維護方便

采用大功率的IGBT功率模塊。IGBT模塊的驅動(dòng)與過(guò)流保護采用專(zhuān)用電路，具有很高的可靠性。功率單元組件具有互換性，若出現故障，可在幾分鐘內用簡(jiǎn)單工具進(jìn)行更換維修。

3、效益分析

寧夏天利豐能源利用有限公司專(zhuān)注于清潔能源的開(kāi)發(fā)與利用。近日，其 40 萬(wàn)噸 / 年液化天然氣（LNG）聯(lián)產(chǎn)100萬(wàn)立方米高純氦氣（99.999%）項目順利投入運行。項目采用“BOG膜分離+變壓吸附”常溫提取高純氦氣技術(shù)，為BOG提氦產(chǎn)業(yè)化推廣及助力保障國家氦氣資源戰略安全發(fā)揮了積極作用，有利于解決我國戰略氦資源短缺的“卡脖子”問(wèn)題。

作為國內規模最大的單列LNG聯(lián)產(chǎn)高純氦氣一體化項目，總投資達6.8億元，設計規模為每日處理天然氣200萬(wàn)立方米，每年可生產(chǎn)高純氦氣（5N）100萬(wàn)立方米。其設備為同類(lèi)項目中最大的單條生產(chǎn)線(xiàn)，能耗較同行低約15%，每年可節約用電約3000萬(wàn)度，成功解決了大功率電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)電流大、對電網(wǎng)和電機沖擊大的問(wèn)題，其余各項性能指標均處于國內先進(jìn)水平。 

寧夏天利豐能源與希望森蘭的合作，不僅在提氦方面取得了重大突破，更為緩解國內氦氣供需矛盾、保障國家高科技產(chǎn)業(yè)用氣安全作出了重要貢獻，同時(shí)也為全球能源轉型提供了寶貴的參考經(jīng)驗。