变频调速节能技术在石油化工行业的应用

在石油化工企业生产过程中，电动机是应用最广和数量最多的电气设备之一，其大部分是风机、水泵类负载。早期设计的炼化装置机泵设备一般未考虑使用变频器，但是也并非所有机泵设备都适合使用变频器。首先要考虑工艺要求的功能，其次是经济效益。一般而言，风机、水泵类负载大多是根据满负荷工作需用量来设计选型，都留有10%以上的较大余量。此外，随着生产装置加工量、物料性质等工况的变化，实际需求功率也产生变化，流量、液面、压力等工艺参数经常随工况的改变而改变，实际应用中风机、水泵大部分工作时间并非处于满负荷运行状态，原来的电机恒速和机泵恒压恒流设计则导致电能浪费；采用传统方法是通过调节出口或入口的挡板、管路阀门及调节阀开度来调节流量、液面等工艺参数，定速机泵输出功率被工艺物流吸收作有用功的仅占30%～40%，而60%～70%的电能消耗在挡板、阀门节流压降上，造成极大的电能损失和浪费。机泵节能的根本问题在于如何使控制方案与实际负荷相匹配，在控制过程中降低阀门阻力，提高系统效率，这就为石油化工行业应用变频调速节能技术提供了广阔的发展领域。

运用变频调速节能技术，变频调速器直接控制风机、泵类负载是一种最科学的控制方法，利用变频器内置的PID调节软件，可以根据工艺负荷精确地自动调节电动机输出频率和转速，保持恒定的水压、风压，满足生产装置工艺系统要求的压力。实际应用证明，当电机在额定转速的80%运行时，节能效率可以达到40%。变频调速器还可以实现大型电动机的软起动和软停机，避免了电动机起动时对电力系统的电压冲击，降低了运行电流，不仅减少了电动机、机泵和阀门设备故障率，延长其使用寿命，而且节约电能效果显著，可以取得较好的经济效益，从而实现了电动机、风机、泵类设备的经济运行。其节能原理矢量图见图1。

中国石化股份有限公司九江石化公司是江西省内唯一的炼油、化肥、化工配套生产的国有特大型石油化工联合企业，是中国石化长江沿江主要炼化企业之一，有50多套生产装置，拥有650万t/a原油综合加工能力、30万t/a合成氨、52万t/a尿素、10万t/a聚丙烯、3万t/a硫磺生产能力，产品主要保障江西市场供应。该公司积极应对国际金融危机，努力挖潜增效，优化生产运行，依靠科技进步实现节能降耗。为了降低电气设备的能耗和故障率，该公司积极开展科技攻关、技术改造，应用和推广电机变频调速节能高新技术，有计划地组织对重要生产装置的关键电气设备变频调速进行系统优化配置和完善。几年来，富士、东芝、西门子、三菱、ABB、施耐德、欧姆龙等各种型号的进口变频器，在九江石化公司炼油、化工、化肥等生产装置广泛推广应用，先后对化肥渣油进料泵、液氨输送泵、常减压加热炉鼓风机、催化解析塔进料泵、延迟焦化溶剂泵、原油输送泵、聚丙烯造粒机组、热电锅炉排粉风机等生产装置重要机泵驱动电机，进行了变频调速节能改造，均取得了较好的节能效果，提高了企业的经济效益，推进了企业节能降耗、降本增效和可持续性发展。

据不完全统计，九江石化公司已经投入资金5000多万元用于风机、水泵变频调速节能技术改造，平均投资回收期约2年。截止2009年11月底，九江石化公司已投入运行的变频调速器有462台，总装机容量达到16000 KW。若按每台设备平均节电率40%计算，则每年至少可节约电能4200万KWh，每年仅节约电费一项就达2500多万元，节约设备维修费、材料费100多万元。

一、变频调速技术在化肥装置渣油进料泵的应用

渣油进料泵A-GA101是九江石化公司30万t/a合成氨装置的重要设备，将减压渣油原料输送到气化炉。渣油进料泵为德国西门子电动机，功率75kW，转速2982r/min，额定电压380V，额定电流140A，额定出口流量28.52m³/h。原系统采用控制出口阀门的方法进行控制，即差压变送器检测流量信号送至PID调节器，再由PID调节器输出控制信号，控制出口调节阀的开度，从而控制出口流量，保持流量稳定。原系统运行中存在以下问题：节流量较大，泵出口阀的节流量已接近泵额定流量的一半，浪费大量的电能；控制精度低，出口流量波动较大；电机工作在额定转速，出力不变消耗电能；电机噪音较大，泵和管线阀门压力较大，易造成泄漏。

2008年5月，九江石化公司利用化肥装置检修的时机，选用德国西门子（siemens）公司成套变频设备，对3台渣油进料泵（2台运行、1台备用）进行变频优化节能改造。投入运行后工艺控制平稳，由于变频器的高精度调节，调节信号有高速传递性，减少了以前仪表控制系统带来的滞后现象，从而使系统控制精度提高，压力稳定，工艺运行指标得到了优化。节能效果显著，节电率达到70%，按年运行8000h计算，2台渣油进料泵年节约电量:节电率×电动机工频功率×工作时间×2台＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；节约电费:节电量×电价=420000×0.6＝252000元。维护量大幅减少，由于出口阀全开，电动机降速运行，使得管网压力下