摘要：本文介紹了臺(tái)達(dá)變頻器在中國(guó)石化股份公司九江石化公司大型化肥裝置氣化爐渣油進(jìn)料泵的變頻節(jié)能改造工業(yè)應(yīng)用情況，節(jié)能效果顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，機(jī)泵故障率大幅降低，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、泵類設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高了化肥裝置生產(chǎn)過(guò)程的安全性和可靠性。
關(guān)鍵詞：臺(tái)達(dá)；變頻器；化肥；渣油泵；節(jié)能降耗
1 引言
中國(guó)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(guó)有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國(guó)石化在中部地區(qū)、長(zhǎng)江沿江的重要煉化企業(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(wàn)t/a原油綜合加工能力。九江石化保障了江西省及周邊地區(qū)成品油市場(chǎng)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(fèi)一直位居江西省工業(yè)企業(yè)前列。
九江石化公司依靠科技進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行和管理挖潛增效，縮減投資以低成本發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有煉化裝置進(jìn)行升級(jí)配套改造，從而實(shí)現(xiàn)煉化企業(yè)節(jié)能減排、降耗增效。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(duì)具有節(jié)能潛力的風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造。
近幾年來(lái)，臺(tái)達(dá)變頻器等自動(dòng)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(duì)化肥氣化爐渣油進(jìn)料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風(fēng)機(jī)、原油輸送泵、聚丙烯造粒機(jī)組、熱電鍋爐排粉風(fēng)機(jī)等生產(chǎn)裝置重要機(jī)泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)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(jì)效益，推進(jìn)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(jì)，九江石化公司應(yīng)用臺(tái)達(dá)變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵進(jìn)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(tái)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(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)和材料費(fèi)500多萬(wàn)元。
2 氣化爐渣油進(jìn)料泵原系統(tǒng)分析
2.1 渣油進(jìn)料泵主要技術(shù)參數(shù)
九江石化公司30萬(wàn)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(jìn)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(tái)單爐產(chǎn)氨500t/d的殼牌氣化爐制氫。
3臺(tái)渣油進(jìn)料泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)均為德國(guó)西門子電動(dòng)機(jī)，機(jī)泵主要技術(shù)參數(shù)：電動(dòng)機(jī)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(jìn)料泵原系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題
渣油進(jìn)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(cè)流量信號(hào)送至PID調(diào)節(jié)器，再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)，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(jìn)料泵儀表控制系統(tǒng)信號(hào)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(dòng)大；出口閥門的節(jié)流量較大，接近泵額定流量的50%，浪費(fèi)了大量的電能；電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，且振動(dòng)值一直較高；電動(dòng)機(jī)一直工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變，消耗電能；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲較大；泵和管線閥門承受的壓力較大，經(jīng)常造成機(jī)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(gè)月就要檢修更換機(jī)械密封或者檢修機(jī)泵，影響了渣油進(jìn)料泵長(zhǎng)周期運(yùn)行，嚴(yán)重制約化肥裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)。
3 臺(tái)達(dá)變頻器在合成氨氣化爐渣油進(jìn)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(shí)機(jī)，選用臺(tái)達(dá)電子集團(tuán)公司中達(dá)電通股份有限公司成套變頻設(shè)備，對(duì)3臺(tái)渣油進(jìn)料泵（2臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用）的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)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(jī)變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種先進(jìn)、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(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)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(shí)際應(yīng)用證明，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效率可以達(dá)到40%。
變頻調(diào)速器還可以實(shí)現(xiàn)大型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和軟停機(jī)，避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，降低了運(yùn)行電流，不僅減少了電動(dòng)機(jī)、機(jī)泵和閥門設(shè)備故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變頻調(diào)速節(jié)能原理矢量圖見圖1。
圖1變頻調(diào)速節(jié)能原理矢量圖
用變頻器代替儀表調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制介質(zhì)流量，使機(jī)泵出口閥處于全開狀態(tài)，揚(yáng)程與管網(wǎng)阻力特性曲線相吻合，電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流明顯降低。渣油進(jìn)料泵及驅(qū)動(dòng)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都在正常范圍之內(nèi)，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，減小了大電機(jī)啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，電機(jī)軸承運(yùn)行溫度不超過(guò)60℃，振動(dòng)、軸位移符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)泵運(yùn)行時(shí)的機(jī)械振蕩、振動(dòng)值大幅降低，軸承等機(jī)械部件磨損減少，避免了泵的抽空現(xiàn)象，泵端面機(jī)械密封系統(tǒng)不易損壞，有效延長(zhǎng)了機(jī)泵軸承、機(jī)械密封等易損件的使用壽命。由于出口閥全開，電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)行，使得管網(wǎng)壓力下降，減少了工藝設(shè)備的泄漏，機(jī)泵故障率大幅降低，減少了設(shè)備維護(hù)工作量，從而提高了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。
3.2 渣油進(jìn)料泵變頻技術(shù)改造后的取得的效果
渣油進(jìn)料泵經(jīng)過(guò)變頻技術(shù)投入運(yùn)行后，臺(tái)達(dá)變頻器運(yùn)行安全可靠，自動(dòng)化程度高，流量控制精度高，工藝運(yùn)行平穩(wěn)。變頻器的加速和減速時(shí)間可根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)，調(diào)速性能極好。由于臺(tái)達(dá)變頻器的調(diào)節(jié)信號(hào)有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統(tǒng)信號(hào)滯后現(xiàn)象，解決了由于調(diào)節(jié)閥故障高給生產(chǎn)帶來(lái)的影響，從而使系統(tǒng)控制精度提高，工藝運(yùn)行指標(biāo)得到了優(yōu)化，管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，機(jī)泵故障率大幅降低，提高了化肥裝置生產(chǎn)過(guò)程的安全性和可靠性。渣油進(jìn)料泵連續(xù)運(yùn)行1年多，只進(jìn)行了1次常規(guī)中修，實(shí)現(xiàn)了機(jī)泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行，滿足了大型化肥生產(chǎn)裝置長(zhǎng)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(jìn)料泵變頻技術(shù)改造的節(jié)能效益
渣油進(jìn)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(jì)效益。節(jié)電率達(dá)到70%，按年運(yùn)行8000h計(jì)算，2臺(tái)渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量：節(jié)電率×電動(dòng)機(jī)工頻功率×工作時(shí)間×臺(tái)數(shù)＝70%×75kW×8000h×2臺(tái)＝840000kW?h；節(jié)約電費(fèi)：節(jié)電量×電價(jià)＝840000kW?h×0.6元/kW?h＝504000元＝50.4萬(wàn)元，該項(xiàng)目投資75萬(wàn)元，投資回收期約1.5年。
4 對(duì)臺(tái)達(dá)的幾點(diǎn)建議
雖然，目前臺(tái)達(dá)變頻器已廣泛應(yīng)用于石油石化、紡織、印刷、電子設(shè)備、制藥、起重、新能源、電力等各個(gè)領(lǐng)域的工業(yè)控制。九江石化公司等一批國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的石油化工企業(yè)，已實(shí)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(chǎng)潛力仍然巨大。對(duì)此，筆者認(rèn)為臺(tái)達(dá)還應(yīng)抓好以下幾個(gè)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(diǎn)的需要，研發(fā)制造成套變頻設(shè)備，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)大力推廣和應(yīng)用變頻技術(shù)，進(jìn)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(dá)到提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。
（2）工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。堅(jiān)持同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)制造、同時(shí)訂貨、同時(shí)施工、同時(shí)投用的“五同時(shí)”原則，推進(jìn)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(jī)泵電力控制的主要技術(shù)之一，對(duì)具有節(jié)能潛力的風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)配套的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造，實(shí)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(jìn)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(yǔ)
石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高能耗、高污染行業(yè)。在政府大力提倡低碳經(jīng)濟(jì)，盡可能地減少石油、煤炭等高碳能源消耗，鼓勵(lì)和支持企業(yè)調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，推廣高新技術(shù)，提高能源利用效益，實(shí)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，淘汰落后工藝、采用先進(jìn)工藝，開展科技創(chuàng)新、技術(shù)改造、節(jié)能降耗開辟了新的途徑。
臺(tái)達(dá)變頻器以其顯著的節(jié)能效果，安全、易控，優(yōu)質(zhì)、無(wú)級(jí)、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(shì)，越來(lái)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(dòng)設(shè)備中。
實(shí)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(huì)責(zé)任、實(shí)現(xiàn)“綠色低碳”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(dòng)的中樞設(shè)備，具有重要的推廣意義。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：汪學(xué)峰，（1978年-），男，漢族，江西南昌市人，大學(xué)本科，工程師。現(xiàn)工作于中國(guó)石化集團(tuán)公司九江石油化工總廠，長(zhǎng)期從事設(shè)備管理工作。
作者：汪學(xué)峰
工作單位：中國(guó)石化集團(tuán)公司九江石油化工總廠
通訊地址：江西省九江市濱江東路228號(hào)九江石化公司檢安公司
