茂名石化公司炼油厂变频调速器应用

我厂是年设计能力850万吨的大型燃料型企业，目前拥有机泵900多台，其电能消耗约占全厂能耗的17%。自1990年开始，我厂逐步在部分机泵上推广应用变频调速技术，到现在为止，我厂在155台机泵上安装好变频调速器，总容量8963.8KW.从近几年的使用效果来看，变频调速器具的节电效果显著,减少机泵运行故障，改善机泵运行状态，延长机泵运行同期等优点。目前，变频调速技术已成为我厂节能降耗的重要措施之一。

一、低压变频调速器在三蒸馏装置上的应用

1. 延长机泵运行周期，减少检修

三蒸馏装置1990年建成投产，设计能力250万 t/a，主要加工进口高含硫原油，共有机泵62台，全部采用交流防爆式鼠笼电机。自1993年开始，三蒸馏装置先后在23台电机上安装了低压变频调速器，采用闭环自动控制为主要控制方式，调节阀控制作为辅助手段，在一般情况下采用变频调速控制，异常情况下采用调节阀控制。应用变频调速器之后，由于变频调速装置可以通过其变频功能来快速改变电机的转速，转速的调速直接改变电机的工作特性曲线，使机泵处于最侍运行状态。由于电机实现了软起动，起动时没冲击电流，延长了机泵的使用寿命。我们对24号常底泵（额定电流250A，额定功率132KW）和34号渣油泵（额定电流194.7A，额定功率110KW）应用变频调速器前后情况进行了测试，测试结果如表1。

表1

机泵名称
变频调速

投用情况
功 率

（KW）
转 速

(r/min）
电机噪音

(DB)
电机温度

( C )
泵出口压

力(Mpa)
阀门开

度

24号泵
投用前
102.4
2950
107
45
1.4
3/5

投用后
38.1
1980
54
31
0.5
全开

34号泵
投用前
75.8
2950
103
39
1.8
2/5

投用后
21.2
1680
49
29
0.5
全开

由于电机低速盍，延长了机泵运行同期，减少了设备维修次数。两泵应用变频调速器前后机泵情况如表2所示。

表2

机泵名称
统计时间
运行天数
电机维修次数
泵维修次数
密封喷油次数

24号泵
1992年
227
2
6
3

1995年
351
0
2
0

34号泵
1992年
73
0
2
1

1995年
347
1
3
1

安装变频调速器后，机泵振动明显减弱，如表3所示。

表3

机泵名称
统计时间
泵前轴承(mm/s)
泵后轴承(mm/s)

24号泵
1992年
7
6.0

1995年
2.9
2.8

34号泵
1992年
5.7
4.5

1995年
1.7
1.3

由于转速降低，泵出口压力降低，管路冲刷腐蚀减轻，我们在1992年及1995年测得有关数据如表4所示。

表4

测试部位
统计时间
腐蚀率(mm/s)

24号泵泵出口管线弯头
1992年
0.13

1995年
0.09

34号泵泵出口管线弯头
1992年
0.21

1995年
0.13

应用变频调速器前，由于电机转速高、流量小而造成的泵抽空及密封泄漏、电机发热、轴承温度高容易磨损和烧坏等情况，应用变频后由于电机的转速下降面得支有交的改善，我们对1992年和1994年装上变频调速器前后装置设备运行状态进行了调查，情况表明，1992年运行中的机泵出现故障为179台次，电机出现故障为35台次；1994年运行中的机泵出现故障为93台次；比1992年下降了48.04%，电机出现故障15台次，比1992年下降了57.14%。

2. 节电

由于鼠笼式电机只能在固定转速下运行，在低负荷运行时效率下降，空载时既浪费电能，又增加了电网的无功损耗。另外，工艺控制过程中采用了大量的调节阀，其压力降损耗了相当大的能量。采用变频调速器之后，电机的转速能按工艺要求得到快速的改变，直接调节泵的工作特性曲线，当电机转速下降时，泵的扬程以二次方关系下降，轴功率以三次方关系下降，从而达到节能目的；同时，由于采用变频调速以后，调节阀和副线阀全开，压降损耗降低到最低程度。1994年6月，我们对三蒸宽装置的9台低压变频调速电机进行了对比测试，结果如表3所示。从表5可以看出，在采用调节阀控制时，1991年的电单耗为6.20KWH/T原油，在输送同样油样的条件下，采用变频调速器实现闭环自动控制，1994年电单耗下降为4.21KWH/T原油，比1991年节约了1.99KWH/T原油，按装置年加工能力200万T/A计算，1994年可节电398万KWH，按当时保本电价0.63元/KWH计，1994年可节约电缆250.74万元，而22台变频调速器的总投资为220万元，投资回收期为10个月。

表5 变频调速节能测试表

项目

机泵
额定功率(KW)
投用前(KW)
投用后(KW)
节电量(KW)
节电率(%)

泵-4(软化水泵)
15
14.1
7.0
7.1
50.35

泵-7(常顶汽油泵)
30
25
12.2
12.8
51.2

泵-13(常-煤油泵)
22
19.2
9.38
9.82
51.5

泵-19
30
21.9
8.29
13.61
62.15

泵-27(减—泵)
75
45.6
13.2
32.4
71.05

泵_34(减底泵)
110
75.8
24.2
51.6
68.07

泵-51(水泵)
30
26.5
9.0
17.5
66.04

泵-54(减二泵)
22
18.52
8.27
10.25
55.35

泵-32
55
38.5
18.1
20.4
52.99

二、高压变频调速在蒸馏装置原油泵和减底渣油泵上的应用

1号原油泵（315KW）和9号减底渣油泵（250KW）均为6000V 的高压泵。应用变频调速器前，机泵密封圈容易损坏，经常泄漏，特别是9号减底渣油泵自接炼“中东油”后，渣油量比“胜利油”减少了1/2以上，转速高，流量小，很容易造成机泵抽空。

1994年，一蒸馏装置从德国西门子公司引进两台高压变频调速器应用于1号原油泵和9号减底渣油泵，并充分利用装置的I/AS集散控制系统，将计算机控制系统的输出端与变频器输入端相联。采用高--低--高的控制方案，用一台降压变送器将6000V电源降为400V；经大容量低压变频器变频后再用一台升压变压器升至6000V供给高压电机，实现机泵的变频调速。我们对1号和9号泵使用变频调速器前后的有关情况进行统计，统计财政部示于表6（注：投用前数据按1994年统计，投用后数据按1995年统计）。

表6

机泵名称
变频器投用情况
泵前轴承(mm/s)
泵后轴承(mm/s)
出口压力(Mpa)
电流(A)
电机温度( C )
运行时间( d )
泵维修次数
密封喷油次数

1号泵
投用前
5.7
5.2
1.7
27
45
183
4
1

投用后
2.5
2.3
1.3
18
32
304
3
0

9号泵
投用前
10.1
7.9
2.0
22
44
144
6
3

投用后
4.1
4.0
0.8
15
34
231
5
3

电机采用变频调速技术之后，实现了软起动，避免了起动时由于电流无穷大对变电所偏转圈造成影响，而导致电机跳闸，由于起动过程中转速低，机泵一般不会抽空，调频后电机根据流量大小调节转速，一般情况下，1号原油泵的转速比额定转速下降20%，9号减底渣打油泵的转速下降50%，应用变频调速器之前，9号减底渣油泵几乎平均每同都出现密封泄漏现象。自1994年底应用变频器至今，由于转速降低，已连续运行17个月，机泵运行状况良好。

应用变频调速器后，电机功率大幅下降，电能消耗也大幅度降低，同时当一天和尚撞一天钟变频调速时，流量由机泵控制，调节阀开至最大，管线导流效果最佳，此时，能耗最小，因此，应用变频调速器节电效果非常显著。1995年初，我们对一蒸馏装置的1号、9号两台高压泵进行测试，在装置按7000T/D处理中东软质原油时，1号原油泵额定功率为315KW，投用前实测功率为297.3KW，投用后实测功率为173.7KW，年节电98.883万元，投资回收期为1.58年，9号减底渣泵功率为250KW，应用变频调速器前实测功率为242.6KW，投用后实测功率为81.6KW，年节电128.83万KWH，按0.6元/KWH计算，年节约电缆82.433万元，变频调速投资为100万元，投资回收期为1.21年。

三、变频调速器在我厂的应用情况

1996年4月份，我厂变频调速器投用统计财政部如表7所示。

从表7可以乍出，人厂目前155台变频调速器有131台投用，投用率为84.52%，有24台末投用，其中由于变频器故障停用3台，占12.5%；由于机泵故障停用功台，占8.33%；由于装置停气或工艺要求不开而停用9台，占37.5%；末投入使用的有1台，占4.2%；由于工艺不合理而停滞不前用的1台，占4.2%。停用的变频调速器当中，除了9台因装置停气或工艺要求不合而无法用外，变频器故障、机泵故障和安装质量差均可通过技术改造后投入使用。以上统计结果表明，应用变频调速器后，由于京戏频器和机泵故障停用的只有5台，占安装变频调速机泵总数的3.23%，故障率较低。

表7 炼油厂变频调速器投用汇总表

装置
总数(台)
投用83%以上
投用70%以上
投用60%以上
投用60%以下
末投用

一蒸馏
12
11
1

二蒸馏
7
7
　 　 　 　
三蒸馏
23
20
1
　 　 2

一催化
19
8
1
1
　 9

二催化
13
12
　 　 1
　
一重整
14
11
　 　 1
2

二重整
10
8
　 　 　 2

加氢裂化
7
5
2
　 　 　
制氢
8
7
　 　 1
　
焦化
17
17
　 　 　 　
一分离
12
2
1
　 5
4

二分离
3
3
　 　 　 　
加氢精制
3
2
　 　 　 1

精制
4
2
　 　 　 2

裂化
2
1
1
　 　 　
制硫
1
　 　 　 1
　
合计
155
116
6
1
8
24

1994年，我们对一催化、一重整、减粘裂化等三套装置有19台变频调速机泵进行了对比测试，平均节电为58.39%。测试结果如表8所示。

表8 1994年变频繁调速器节电测试表

泵号
电机功率(KW)
阀门控制电耗(KW)
变频调速控制
节约功率(KW)
节电率%

频率(Hz)
电耗(KW)

一催化泵-201/1
110
85.2
32.1
29.1
56.1
65.8

一催化泵-213
110
81.3
31.2
26.2
55.1
67.8

一催化泵-209
100
62.5
30.1
19.1
43.4
69.4

一催化泵-204
75
59.6
35.3
26.5
33.1
55.5

一催化泵-216/1
10.5
17.5
33.2
6.8
10.7
61.1

一催化泵-205/2
45
42.1
33.0
16.3
25.8
61.3

一催化泵-311
55
32.7
43.0
22.5
10.2
31.2

一催化泵-319
55
34.2
38.7
18.7
15.5
45.3

一催化泵-305
45
32.0
17.0
3.1
28.9
90.3

一催化泵-201
132
106.7
30.7
33.7
73.0
68.4

一催化泵-101
40
23.3
33.6
9.3
14.0
60.1

一催化泵-701
30
18.7
44.1
13.5
5.2
27.2

一催化泵-704
55
42.5
44.0
31.0
10.7
25.2

一催化泵-210/1
40
23.2
23.2
6.1
18.1
73.7

一催化泵-505
40
18.7
42.0
12.3
6.4
34.2

一催化泵-103
40
28.9
24.1
7.5
21.4
74.0

一催化泵-303
55
32.7
41.0
20.8
11.9
36.4

一催化泵-5
132
67.5
30
22.5
44.8
66.6

一催化泵-9
200 134.5
37.2
68.1
66.4
49.4

以1994年炼油装置的电耗与末安装变频器的1990年电耗对比，1994年节电1054.94万KWH，按1994年保本电价0.94元/KWH计算，可节约电缆675.16万元。

四、几点体会

在应用变频调速器的过程中，我们体会到要充分发挥变频调速器的优点，最关键的就是要提高投用率，而要提高变频繁调速器的投用率，我们认为应注意以下几方面工作：

1、领导重视

由于变频技术是新事物，操作工开始时不是很熟悉，不愿意用变频调速器，失控的现象时有出现，加上按照规定，备用机泵每月要试运一次，有些操作工将备用泵开起后怕麻烦就不再切换回用变频调速器控制的主泵，迁成投用率低，据统计，1995年5月爹妈我厂变频调速器的投用率69.1%，理想的投用率应在90%左右，投用率不高的原因主要在管理上，从人厂长期统计有有情况可看出，凡是车间领导重视节能的装置，投用率就高，如三蒸馏车间1996年4月份的投用都大于90%，所以提高投用率，领导重视是关键。

2、简化操作

因变频调速器系统的控制方法和老设备不完全一样，备用泵目前仍用老设备，因此切换操作的工作量比以前有所增加，为了尽量简化操作，我们已开始在一些装置上采用一些技术措施。计算机控制的系统增设变频调速器单独使用的控制通道，这样可以不开副线阀，常规仪表控制的则在转换开关上加专用的切换档，事先设置切换速度，也可简化操作。

当然最理想的解决方法是主泵和备用泵都安装变频调速器这样切换操作可和以往一样，也不存在投用率的问题，当然投资会增大一倍，从长远来看，这种方法也是可取的。

3、各专业密切配合

变频调速器主机的安装、高度和维护是由电工车间管，但它的控制信号来自仪表室的调节器或计算机，而变频调速器的使用和切换操作则由生产车间管，若配合不好就会影响变频调速器的投用率，有些变频调速器使用效果不理想是由于控制信号没选择好或失灵，不得不采用手动控制，而手动控制以因操作工懒于调节，变成不变的高速运行。

各家相互推托也影响变频调速器的投用率，如二催化的变频调速器刚投用，尽管切换操作麻烦一些，但节电效果很好，后产车间还在用。如来为简化操作，由电工出面要求仪表车间加设了6台倒相器用于风关阀。倒相器装好后，操作工开面后发现变频调速器失控，通知电工，电工检查发现是倒相器电源开关没送。送上以后又发现有些仪表调节器作用和现场调节阀形式不符，仪表工搞不清，要求车间处理，仪表车间一时也拿不出解决方法，问题便拖了下来。据了解其它工序也存在类似问题。

4、解决电机跳闸问题

由于变频调速器较贵，为节省投资，变频调速器的容量是根据正常生产时的最大负载经计算再留有一定余量来确定的。这个容量往往比电机的铭牌功率小。在开气或切换过程中。因操作的原因，泵的阀门全开了，而电机的转速也调至最大，这时的流量和压力均比下沉运行时大很多，因而变频调速器的输出也比正常时大行多，造成过载跳闸。在装置刚开气试运时，这种现象较容易出现。这个问题主要靠改进操作方法来解决，切换时不要一直将变频器的转速调到最高。对新装置，我们在仪表室设置切断档位，如人为地限制切换时转速，开气试运时负荷不正常引起的跳闸，可先用备用泵开，等负荷正常后再切换回变频调速器的主泵。当然，也右以用增大变频繁器的容量的方法来解决。

另一种跳闸现象由于电网波动（打雷等外界干扰）而引起的。原有的常规电器也存在此问题，只是变频繁器更灵敏一些。因此，我们曾与厂家联系答复可在内部软件作某此修改，使低电压保护带延时，可减少此现象。另外在变频调速器的电路上我们也可采取一些措施，增设自动电路来解决问题。

5、解决出口有多路调节阀的挖掘问题

泵的出口有多路调节阀的场合，以往我们只是凭经验选其中一路的挖掘信号给变频调速器，实际运行卢来另一路往往不能满足工艺要求，经多方面反复研究，此问题已可解决。

对于采用常规仪表的生产装置，在仪表室安装一个控制信号切换开关即可解决。操作工可根据工艺情况，经过开关随时将偏差信号在的那一路挖掘信号送给变频器，其余几路仍给调节前期任辅助调节。

对于采用集散型计算机控制的生产装置，可增设单独的变频调速器控制通道来解决此问题。这时原有的各路控制信号经计算机比较，选出一个最大值，作为变频调速器通道的控制信号。