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　　摘要：簡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(jié)能技術工業(yè)應用情況，并且列舉了渣油進料泵、液氨輸送泵和加熱爐鼓風機的變頻節(jié)能改造應用實例。實踐證明，應用電機變頻調速，不僅減少了電動機、機泵和閥門等設備的故障率，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、風機、泵類設備的經(jīng)濟運行，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，推進了石油化工企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。

　　關鍵詞：石油化工；變頻調速；節(jié)能降耗

　　引言

　　在石油化工企業(yè)生產過程中，電動機是應用最廣和數(shù)量最多的電氣設備之一，其大部分是風機、水泵類負載。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，風機、水泵類負載大多是根據(jù)滿負荷工作需用量來設計選型，都留有10%以上的較大余量。此外，隨著生產裝置加工量、物料性質等工況的變化，實際需求功率也產生變化，流量、液面、壓力等工藝參數(shù)經(jīng)常隨工況的改變而改變，實際應用中風機、水泵大部分工作時間并非處于滿負荷運行狀態(tài)，原來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(tǒng)方法是通過調節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門及調節(jié)閥開度來調節(jié)流量、液面等工藝參數(shù)，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、閥門節(jié)流壓降上，造成極大的電能損失和浪費。機泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實際負荷相匹配，在控制過程中降低閥門阻力，提高系統(tǒng)效率，這就為石油化工行業(yè)應用變頻調速節(jié)能技術提供了廣闊的發(fā)展領域。
　　
　　運用變頻調速節(jié)能技術，變頻調速器直接控制風機、泵類負載是一種最科學的控制方法，利用變頻器內置的PID調節(jié)軟件，可以根據(jù)工藝負荷精確地自動調節(jié)電動機輸出頻率和轉速，保持恒定的水壓、風壓，滿足生產裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實際應用證明，當電機在額定轉速的80%運行時，節(jié)能效率可以達到40%。變頻調速器還可以實現(xiàn)大型電動機的軟起動和軟停機，避免了電動機起動時對電力系統(tǒng)的電壓沖擊，降低了運行電流，不僅減少了電動機、機泵和閥門設備故障率，延長其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，可以取得較好的經(jīng)濟效益，從而實現(xiàn)了電動機、風機、泵類設備的經(jīng)濟運行。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。

圖1  節(jié)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，有50多套生產裝置，擁有650萬t/a原油綜合加工能力、30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素、10萬t/a聚丙烯、3萬t/a硫磺生產能力，產品主要保障江西市場供應。該公司積極應對國際金融危機，努力挖潛增效，優(yōu)化生產運行，依靠科技進步實現(xiàn)節(jié)能降耗。為了降低電氣設備的能耗和故障率，該公司積極開展科技攻關、技術改造，應用和推廣電機變頻調速節(jié)能高新技術，有計劃地組織對重要生產裝置的關鍵電氣設備變頻調速進行系統(tǒng)優(yōu)化配置和完善。幾年來，富士、東芝、西門子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號的進口變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產裝置廣泛推廣應用，先后對化肥渣油進料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風機、催化解析塔進料泵、延遲焦化溶劑泵、原油輸送泵、聚丙烯造粒機組、熱電鍋爐排粉風機等生產裝置重要機泵驅動電機，進行了變頻調速節(jié)能改造，均取得了較好的節(jié)能效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，推進了企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，九江石化公司已經(jīng)投入資金5000多萬元用于風機、水泵變頻調速節(jié)能技術改造，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(jié)電率40%計算，則每年至少可節(jié)約電能4200萬KWh，每年僅節(jié)約電費一項就達2500多萬元，節(jié)約設備維修費、材料費100多萬元。

　　1  變頻調速技術在化肥裝置渣油進料泵的應用

　　渣油進料泵A-GA101是九江石化公司30萬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。渣油進料泵為德國西門子電動機，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(tǒng)采用控制出口閥門的方法進行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調節(jié)器，再由PID調節(jié)器輸出控制信號，控制出口調節(jié)閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運行中存在以下問題：節(jié)流量較大，泵出口閥的節(jié)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，泵和管線閥門壓力較大，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機，選用德國西門子（siemens）公司成套變頻設備，對3臺渣油進料泵（2臺運行、1臺備用）進行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運行后工藝控制平穩(wěn)，由于變頻器的高精度調節(jié)，調節(jié)信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來的滯后現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)控制精度提高，壓力穩(wěn)定，工藝運行指標得到了優(yōu)化。節(jié)能效果顯著，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×2臺＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；節(jié)約電費:節(jié)電量×電價=420000×0.6＝252000元。維護量大幅減少，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。由于變頻器代替了調節(jié)閥，解決了由于調節(jié)閥故障高給生產帶來的影響，使設備的維護量減少。系統(tǒng)實現(xiàn)了軟起動，由于變頻器具有軟起動功能，減小了電機起動時對電網(wǎng)的沖擊。變頻器投入運行1年來，運行可靠，自動化程度高，渣油進料泵流量控制精度高，可以充分滿足生產需要，節(jié)能效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　2  變頻調速技術在化肥裝置液氨輸送泵6KV高壓電動機的應用

　　液氨輸送泵T－GA101A是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的關鍵設備，將生產的液態(tài)合成氨輸送到8000m?氨罐儲存，該泵采用日本富士高壓電動機，機泵關鍵技術參數(shù)為：電機功率160KW，轉速2975r/min，額定電壓6KV，額定電流220A，介質密度675.6kg/m?，流量91.4m?/h，無負偏差，進口壓力0.01～0.08MPa，進口溫度-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，由于電機長時間連續(xù)運轉，負載波動大，電機運行時產生機械振蕩，振動值一直較高，加之液氨腐蝕性較強，經(jīng)常造成機封損壞出現(xiàn)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個月就要檢修更換機封，影響了設備的長周期運行和裝置的安全平穩(wěn)生產。

　　2008年9月份，九江石化公司對液氨輸送泵進行變頻節(jié)能改造，采用了日本富士6KV 、160KW的高壓變頻調速系統(tǒng)進行變頻節(jié)能技術改造，通過電氣、儀表、工藝、設備各專業(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。實現(xiàn)了靠自動控制電動機轉速來控制介質流量，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。氨輸送泵及驅動電機各項運行參數(shù)都在正常范圍之內，電機實現(xiàn)了軟起動，減小了大電機起動對電網(wǎng)的沖擊，電機軸承運行溫度不超過60℃，振動、軸位移符合相關技術標準要求，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，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(xù)運行1年多進行常規(guī)中修，實現(xiàn)了機泵的長周期運行。變頻調速器的加速和減速時間可根據(jù)工藝要求調節(jié)，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)自動控制時可用原有儀表信號，能滿足化肥生產裝置長周期、連續(xù)生產各種嚴格的工藝技術要求。液氨輸送泵變頻調速節(jié)能技術改造獲得了良好的節(jié)能效果，節(jié)電率達到60%，年節(jié)電50多萬KWh。為煉油化工裝置應用推廣6kV高壓電機變頻節(jié)能技術積累了經(jīng)驗，使之成為石油化工企業(yè)節(jié)能降耗的亮點。

　　3  變頻調速技術在煉油裝置鼓風機的應用

　　加熱爐鼓風機是九江石化公司500萬t/a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統(tǒng)的重要設備，風機輸出功率為185kW，原設計是通過調節(jié)風門擋板實現(xiàn)風量調節(jié)，設備運行能耗長期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統(tǒng)工藝自動化控制水平，節(jié)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行變頻節(jié)能改造，采用風機變頻調速系統(tǒng)取代低效率、高能耗的風門擋板節(jié)流控制。選用日本東芝公司專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，有良好的技術性能。其主要特點有：新的電流限制功能，當機泵超負荷時，通過抑制轉矩來限制過電流，使變頻器不跳閘，機泵繼續(xù)運轉；電壓反饋控制功能，當電源電壓變化時，可瞬時補償輸出電壓、保證變頻器穩(wěn)定運行；學習加減速功能，根據(jù)負荷狀態(tài)自動調整最合適的加減速時間，方便設備調試；自動節(jié)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，自動節(jié)電運行；內置工頻/變頻切換時序電路，保證石油化工流程工業(yè)裝置生產的連續(xù)性和可靠性，可以方便切換、互為備用。

　　加熱爐鼓風機經(jīng)過變頻節(jié)能改造投用后，變頻調速器操作安全平穩(wěn)，具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能，實現(xiàn)了風量壓閉回路自動調節(jié)控制。驅動電機可以實現(xiàn)軟起動和無級調整轉速，消除了電機起動時6倍的沖擊電流，避開機械共振點及運轉噪音，風機運行的振動值大幅降低，避免了鼓風機運行時的機械振蕩，大大降低了設備故障率，延長了機械負載的運轉壽命，減輕了設備維修工作量，節(jié)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(jié)變頻器面板上的電位器旋鈕即可手動調整風量。變頻器可以手動控制也可以完全實現(xiàn)自動控制，并且可與加熱爐煙氣回收系統(tǒng)自動控制裝置進行電氣、儀表連鎖，實現(xiàn)加熱爐的自動保護及計算機控制，不會因鼓風機突發(fā)事故影響裝置安全生產。根據(jù)工藝負荷自動調節(jié)鼓風機電機輸出頻率，在約20Hz時運行，電機運行電流從原來的220A降至90A，可以同時滿足常減壓裝置2臺加熱爐的供風量，該臺設備節(jié)電效率達到60%，據(jù)測算每年可節(jié)約電費60萬元。

　　4  結束語

　　石化產業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產業(yè)，同時也是高能耗、高污染行業(yè)。多年來，我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業(yè)推廣高新技術實現(xiàn)節(jié)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)進行節(jié)能降耗改造開辟了新的途徑。為應對國際金融危機的影響，落實黨中央、國務院關于保增長、擴內需、調結構的總體要求，確保石化產業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，國家編制出臺《石化產業(yè)調整和振興規(guī)劃》，《規(guī)劃》中提出：“堅持加快技術改造與推進自主創(chuàng)新相結合。加大引進技術的消化吸收力度，推動產業(yè)技術進步。加大技術進步與技術改造投入，設立石化產業(yè)振興和技術改造專項。”雖然企業(yè)對節(jié)能技術改造項目進行了較大的投資，但是節(jié)能項目投用后的未來收益卻是巨大的。不僅降低了企業(yè)對節(jié)能項目投資風險，而且使企業(yè)設備技術升級、降低了運行成本。

　　目前，變頻調速技術已經(jīng)在石油化工行業(yè)的不同領域、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先的石油化工企業(yè)還實現(xiàn)了變頻調速技術的初步普及。但是，變頻調速節(jié)能技術應用還不夠廣泛，潛力仍然巨大。我認為，還要抓好幾個環(huán)節(jié)：一是成套設備制造環(huán)節(jié)，要根據(jù)需要，在電力拖動系統(tǒng)大力應用變頻調速技術；二是工程設計環(huán)節(jié)，設計師是工程應用變頻調速等高新技術的先導，對成熟技術要堅持同時設計、同時訂貨、同時施工、同時投用的“四同時”原則，推進變頻節(jié)能技術的推廣普及；三是應用環(huán)節(jié)，作為石油化工企業(yè)的管理者、操作者、運行維護者，都要學習新技術、引進新技術、推廣新技術、更好的使用新技術，讓變頻節(jié)能技術作為石油化工行業(yè)機泵電力控制的主要技術之一，實現(xiàn)節(jié)電降耗的目的；四是研發(fā)環(huán)節(jié)，要根據(jù)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，進一步開發(fā)、豐富變頻調速技術與產品，使之系列化、標準化、高技術化，為石油化工企業(yè)提供更好的變頻器和成套技術系統(tǒng)，讓節(jié)電、節(jié)能進一步落實到石油化工生產的全流程，在取得明顯節(jié)能效果的基礎上，保證石油化工企業(yè)安全平穩(wěn)運行。

　　變頻調速技術以其顯著的節(jié)能效果、安全易控、優(yōu)質無級平滑調速、高精度地控制工藝參數(shù)、投資回收期短等優(yōu)勢，越來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設備中，必將成為石油化工電力拖動的中樞設備。應用變頻調速技術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，同時也是國民經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要。現(xiàn)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，石油化工企業(yè)應該積極依靠科技進步，應用和推廣變頻調速等節(jié)能高新技術，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，不斷提升企業(yè)的核心競爭力，推進企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效，實現(xiàn)石油化工工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。