正和集團(tuán)120萬噸焦化輻射進(jìn)料泵變頻節(jié)能改造

1 概述
　　近年來國家倡導(dǎo)節(jié)能減排，我公司積極響應(yīng)國家節(jié)能增效的政策，節(jié)能產(chǎn)品在我公司得到了大量推廣，集團(tuán)公司2006年新上焦化裝置的兩臺輻射進(jìn)料泵通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)料流量，調(diào)節(jié)閥正常開度在30%左右，大量能量消耗在調(diào)節(jié)閥節(jié)流上。調(diào)節(jié)閥前壓力高達(dá)3.8Mpa,操作極不穩(wěn)定，且調(diào)節(jié)閥沖刷十分嚴(yán)重，正常使用壽命為1.5個(gè)月左右，造成極大維修成本，為減少電能浪費(fèi)，節(jié)約成本，集團(tuán)公司決定對焦化輻射進(jìn)料料泵進(jìn)行節(jié)能改造。

　　目前市場上高壓變頻器產(chǎn)品較多，變頻調(diào)節(jié)類型多種多樣，國外產(chǎn)品價(jià)格相對較高，正和集團(tuán)在節(jié)約成本的策略前提下，考慮到某些國產(chǎn)高壓變頻器設(shè)備水平已接近國際水平，能滿足運(yùn)行要求，集團(tuán)公司根據(jù)掌握的變頻器資料，公開招標(biāo)，進(jìn)行性價(jià)比比較，結(jié)果山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP37-500F型高壓變頻調(diào)速器勝出。

2 風(fēng)光高壓變頻器的性能及結(jié)構(gòu)
2.1 風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器優(yōu)勢和特點(diǎn)
　　風(fēng)光JD-BP37系列高壓變頻器與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，在產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量保障措施、系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)和服務(wù)方面，具有以下優(yōu)勢和特點(diǎn)：
1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數(shù)高。無須濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償，可直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)；
2）系統(tǒng)控制電源采用220VAC和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更簡便。可在無高壓電的情況下檢測變頻器的輸出及各點(diǎn)波形，便于調(diào)試、檢修及操作人員陪訓(xùn)；
3）冷卻風(fēng)機(jī)采用高壓主電源降壓后直接驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)僅在上高壓電且變頻器開機(jī)后運(yùn)行，避免了冷卻風(fēng)機(jī)啟、停時(shí)對控制系統(tǒng)的影響；
4）更適應(yīng)于國內(nèi)電網(wǎng)條件，變頻器工作電壓范圍為UN+15～-20%；
5）瞬時(shí)停電保護(hù)功能。當(dāng)主電源失電后，變頻器控制電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復(fù)，變頻器回到原運(yùn)行狀態(tài)。瞬時(shí)停電時(shí)間典型值為3秒（具體時(shí)間可以根據(jù)用戶的系統(tǒng)而定），超過3秒變頻器則保護(hù)，檢查停電原因，以免變頻繼續(xù)運(yùn)行而引起事故；
6）限流功能。避免啟動(dòng)或負(fù)載突然變化時(shí)，使變頻器輸出電流過大而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作；
7）操作平臺采用全中文WIN系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定，且易學(xué)易用；
8）完善的上位機(jī)控制功能。可與DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通訊或I/O方式硬連接；
9）主要器件均采用世界一流廠商的成熟產(chǎn)品，產(chǎn)品從元器件至半成品及成品，均實(shí)現(xiàn)100%的嚴(yán)格測試。各系列產(chǎn)品出廠前均完成100%72小時(shí)以上負(fù)載測試記錄，確保產(chǎn)品的可靠性；
10）系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠性設(shè)計(jì)方面，公司擁有獨(dú)享專利技術(shù)：一種使電解電容延長一倍使用壽命的裝置。

2.2二次回路及控制
　　控制系統(tǒng)由控制器，PLC和人機(jī)界面組成。控制器由三塊光纖板，一塊信號板，一塊主控板和一塊電源板組成。
光纖板通過光纖與功率單元傳遞數(shù)據(jù)信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向單元發(fā)出脈寬調(diào)制（PWM）信號或工作模式。單元通過光纖接收其觸發(fā)指令和狀態(tài)信號，并在故障時(shí)向光纖板發(fā)出故障代碼信號。
　　主控板采用高速單片機(jī)，完成對電機(jī)控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產(chǎn)生脈寬調(diào)制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機(jī)界面主控板進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，提供變頻器的狀態(tài)參數(shù)，并接受來人機(jī)界面主控板的參數(shù)設(shè)置。
　　人機(jī)界面為用戶提供友好的全中文操作界面，負(fù)責(zé)信息處理和與外部的通訊聯(lián)系，可選上位監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)變頻器的網(wǎng)絡(luò)化控制。通過主控板和PLC采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出電流、電壓、功率、運(yùn)行頻率等運(yùn)行參數(shù)，提供記錄功能，并實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的過載、過流進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485通訊口與PLC連接，實(shí)時(shí)監(jiān)控變頻器系統(tǒng)的狀態(tài)。
　　PLC用于變頻器內(nèi)部開關(guān)信號以及現(xiàn)場操作信號和狀態(tài)信號的邏輯處理，增強(qiáng)了變頻器現(xiàn)場應(yīng)用的靈活性。PLC有處理4路模擬量輸入和2路模擬量輸出的能力，模擬量輸入用于處理來自現(xiàn)場的流量、壓力等模擬信號或模擬設(shè)置時(shí)的設(shè)置信號；模擬輸出量是頻率給定信號。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1示。由移相變壓器，功率單元和控制器組成。風(fēng)光6KV高壓變頻器，變壓器有15組付邊繞組，分為5個(gè)功率單元/相，三相共15個(gè)單元，采用30脈沖整流，輸入端的諧波成分遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定。

圖1 高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

圖2 主界面

參數(shù)設(shè)置界面：

圖3 參數(shù)設(shè)置界面

3 改造過程簡介

圖4 輻射進(jìn)料泵流程圖

　　輻射進(jìn)料泵流程圖如圖4所示。輻射進(jìn)料泵（P1202）給焦化爐供應(yīng)原料，輻射進(jìn)料泵（P1202ＡＢ）牽引電機(jī)型號為YAKK450，輸出功率為500KW，額定電流為 48A，因工藝需要，泵選型為嘉利特荏原泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的TDF250-120＊5，泵揚(yáng)程為565米，出口壓力P1為4.8Mpa,調(diào)節(jié)閥前壓力P2為3.8Mpa,原料流經(jīng)調(diào)節(jié)閥后壓力P2為1.7Mpa,可見，有大量的能量消耗在調(diào)節(jié)閥上，況且有時(shí)只有一臺爐子進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)行變頻改造，節(jié)約能源勢在必行。
　　項(xiàng)目實(shí)施過程中技術(shù)人員以滿足裝置加工量和焦化爐平穩(wěn)運(yùn)行為根本，積極與工藝、設(shè)備人員進(jìn)行技術(shù)溝通，制定控制方案，做好DCS系統(tǒng)組態(tài)程序，并考慮到兩臺路子并列運(yùn)行，制定如下控制方案：
1）兩臺輻射進(jìn)料泵（P1202/AB）只對B泵進(jìn)行改造，既節(jié)省投資，又增加裝置操作安全性。
2）通過變頻器控制柜上的“遠(yuǎn)程/本地”切換開關(guān)實(shí)現(xiàn)就地啟動(dòng)和遠(yuǎn)程啟動(dòng)，改造前后操作方式基本不變，只增加了就地啟動(dòng)功能，為保證裝置生產(chǎn)的連續(xù)性，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)，可以切換到工頻運(yùn)行，仍利用原來的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3）從DCS組態(tài)程序中增加一套手動(dòng)操作程序，人為地輸出一個(gè)4—20mA的直流信號控制變頻器的輸出頻率，從而調(diào)節(jié)P1202B的電機(jī)轉(zhuǎn)速，控制泵出口壓力P1，利用原調(diào)節(jié)閥來平衡四路爐子進(jìn)料流量。變頻器一次側(cè)及二次側(cè)接線圖如5所示。

圖5 變頻器一次側(cè)及二次側(cè)接線圖

4　改造前后能耗對比
　　裝置運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，加工量為50噸/小時(shí)，未經(jīng)改造前噸油單耗電僅此泵就為8.155KW/h，改造后開一臺爐子，噸油單耗電為2.442KW/h，開兩臺爐子加工量為100噸/小時(shí)，噸油單耗電為1.649KW/h，節(jié)電效果十分明顯。操作壓力明顯降低。

工 頻（一臺焦化爐）

變 頻（一臺焦化爐）

變 頻（兩臺焦化爐）

　　由上可以看出加工量越大，噸油單耗電越低。

　　投資回收期經(jīng)測算，6-7個(gè)月可收回成本。

5總結(jié)
　　未改造之前純粹靠調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)爐原料流量，調(diào)節(jié)閥開度在20-35%之間造成大量的能量浪費(fèi)，調(diào)節(jié)閥前后壓差高達(dá)2.7Mpa,生產(chǎn)過程中流量波動(dòng)大，調(diào)節(jié)質(zhì)量差，爐出口溫度波動(dòng)大，難以控制，調(diào)節(jié)性能不好，影響產(chǎn)品質(zhì)量和收率。而且調(diào)節(jié)閥本身沖刷嚴(yán)重，堆焊司太萊硬質(zhì)合金的閥芯組件正常使用壽命也只有1.5個(gè)月左右，產(chǎn)生大量的維修費(fèi)用，經(jīng)變頻改造后進(jìn)爐原料量主要靠變頻控制，調(diào)節(jié)閥開度在90%左右，只起到平衡四路流量的作用，流量控制穩(wěn)定，爐出口溫度調(diào)節(jié)平穩(wěn)，調(diào)節(jié)質(zhì)量明顯提高。調(diào)節(jié)閥沖刷基本消除，大大延長了調(diào)節(jié)閥使用壽命。未改造之前原料系統(tǒng)操作壓力高達(dá)4.8MPa,原料為380——-400攝氏度的高溫渣油，易燃易爆，極易發(fā)生泄漏，生產(chǎn)中存在很大的安全隱患，改造后系統(tǒng)操作壓力降至2.0Mpa,大大提高了裝置運(yùn)行的安全性。
　　新風(fēng)光的高壓變頻投用以來，運(yùn)行穩(wěn)定，便于操作，受到了操作工人的稱贊，減少了維修工人的勞動(dòng)量。這次改造取得了很好的效果，節(jié)能環(huán)保；降低系統(tǒng)壓力，安全得到保障；減少了調(diào)節(jié)閥沖刷、有效地降低機(jī)泵配件（軸承、機(jī)械密封、葉輪）磨損，減少了維修費(fèi)用；變頻軟啟動(dòng)避免了直接啟動(dòng)對公司電網(wǎng)的沖擊；這次改造開了焦化裝置輻射進(jìn)料泵變頻運(yùn)行的先河，給全國焦化裝置樹立了典范，在石化行業(yè)做出了榜樣。這一成果榮獲中國化工集團(tuán)公司“五小”成果三等獎(jiǎng)。期。