產品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
高壓變頻器在焦化輻射進料泵中的應用
1引言
山東壽光魯清石化有限公司位于壽光市渤海工業園，占地面積5000畝，現有職工1500人，為壽光市特大型企業，濰坊市百強工業企業和濰坊市百強民營企業。 主要生產加工銷售：船舶燃料油、石腦油、MTBE、液化石油氣、丙烷、丙烯、瀝青等化工產品。
魯清石化公司新建100萬噸延遲焦化項目，延遲焦化是一種石油二次加工技術，是指以貧氫的重質油為原料，在高溫（約500℃）進行深度的熱裂化和縮合反應，生產富氣、粗汽油、柴油、蠟油和焦炭的技術。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，處理能力占渣油處理能力的三分之一。
現場焦化裝置配置兩臺輻射進料泵，一用一備，平均一年運行8000h單臺4000h。正常生產需要根據焦化爐內的壓力和流量進行頻繁的調節其原料進料流量。由于調節閥前后具有很大的壓力差，通過調節閥調節進焦化爐輻射段的進料流量，大量能量就消耗在調節閥節流上，操縱不穩定，調節閥沖洗十分嚴重，造成維修費用居高不下，為減少電能浪費，降低生產成本，用戶決定使用變頻進行調節，還有輻射進料泵承擔著向加熱爐輻射段輸送熱渣油的重任，因此該泵出現任何異常，裝置都有可能停工。因此必須選用可靠性高的變頻裝置對設備進行改造。經過多方考察，比較性價比，決定選用山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP38-560F高壓變頻器2套對焦化輻射進料泵進行改造，改造取得了成功。
2 焦化輻射進料泵原系統現狀
輻射進料泵（P8102AB）給焦化爐供應原料，輻射進料泵流程如圖1所示。輻射進料泵（P8102ＡＢ）拖動電機功率為450kW，額定電流為 31.7A，具體參數如表1、表2所示。
圖1 輻射進料泵流程圖
由于生產原料的限制，該裝置實際處理量低于設計處理量，按設計處理量的1.5倍選配輻射泵，使該泵的實際流量比其最低設計流量還小。在低流量下運行時，泵內液體的流動狀況將發生改變，泵的運行工況劣化，致使軸承和機械密封壽命急劇降低，噪聲加劇，故障率升高。正常操作時泵的出口壓力為4.8MPa，加熱爐前（調節閥后）壓力為1.3 MPa，即可滿足系統要求。可見，有大量的能量消耗在調節閥上，況且有時只有一臺爐子進行生產，進行變頻改造，節約能源勢在必行。
3風光JD-BP38-560F高壓變頻器系統
改造選用風光JD-BP38-560F高壓變頻器2臺、配置手動旁路柜。2臺兩臺輻射進料泵分別配置1臺高壓變頻器，采用“一拖一”變頻控制。
3.1風光JD-BP38-560F變頻器參數
風光JD-BP38-560F變頻器參數如表3所示。
3.2 風光JD-BP38系列高壓變頻器技術特點
風光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無速度矢量控制技術、功率單元串聯多電平技術，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEE519-1992的諧波國家標準，輸入功率因數高，輸出波形質量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發熱和轉矩脈動、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題，可以使用普通的異步電機。具體來說，風光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點：
（1）采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。
（2）飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動。
（3）完整的工頻/變頻自動互切技術。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發生故障時能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動旁路和自動旁路切換兩種型式，手動旁路需人工操作，適應于無備用裝置或不重要的運行工況，自動旁路可在變頻器發生故障后直接自動轉換至工頻運行。新風光公司提供的自動旁路切換柜，不僅可實現變頻故障情況下自動由變頻轉換至工頻運行狀態，還可實現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個轉換過程不會對用戶設備的運行造成任何影響。
（4）旋轉中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內恢復，高壓變頻器不停機，高壓恢復后變頻自動運行到掉電前的頻率。
（5）線電壓自動均衡技術（星點漂移技術）。變頻器某相有單元故障后，為了使線電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線電壓自動均衡技術通過調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線電壓均衡輸出。
（6）單元直流電壓檢測：實時顯示檢測系統的直流電壓，從而實現輸出電壓的優化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實現對功率單元運行狀況的全面把握。
（7）單元內電解電容因采取了公司專利技術，可以將其使用壽命提高1倍。
（8） 散熱結構設計合理，單元串聯多重化并聯結構，IGBT承受的電壓較低，可以有較寬的過壓范圍（≥1.15Ue），設備可靠性更高。
（9） 具備突發相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會導致重大事故。變頻器在發生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發生。
（10） 限流功能：當變頻器輸出電流超過設定值，變頻器將自動限制電流輸出，避免變頻器在加減速過程中或因負載突然變化而引起的過流保護，最大限度減少停機次數。
（11） 故障自復位功能：當變頻器由于負載突變造成單元或是整機過電流保護時，可自動復位，繼續運行。
4 焦化輻射進料泵變頻控制方式
項目實施過程中技術人員以滿足裝置加工量和焦化爐平穩運行為根本，積極與工藝、設備人員進行技術溝通，制定控制方案，做好DCS系統組態程序，并考慮到兩臺焦化爐并列運行，制定如下控制方案：
（1）對兩臺輻射進料泵（P8102AB）進行改造，采用一拖一手動控制。
（2）通過變頻器控制柜上的“遠程/本地”切換開關實現就地啟動和遠程啟動，改造前后操作方式基本不變，只增加了就地啟動功能，為保證裝置生產的連續性，當變頻器出現故障時，可以切換到工頻運行，仍利用原來的調節閥進行調節。
（3）從DCS組態程序中增加一套手動操作程序，DCS輸出兩個4～20mA的直流信號控制變頻器的輸出頻率，從而分別調節P8102AB的兩個電機轉速，控制泵出口壓力，利用原調節閥來平衡進爐料的流量。
5變頻改造主回路
為防止變頻器檢修或故障對生產的影響，本次采用的JD-BP38-560F型高壓變頻器采用“一拖一”控制方式，配置手動工頻旁路，主回路接線如圖2所示。
圖2 手動旁路柜主回路
手動旁路中，共有3個高壓隔離開關K1、K2、K3，當K1、K2閉合，K3斷開時，10kV電源經隔離刀閘K1到高壓變頻裝置，變頻裝置輸出經K2送至電動機，電動機變頻運行；一旦變頻裝置出現故障，可斷開隔離刀閘K1、K2，合上K3，在工頻電源下啟動電機運行，此時變頻器從高壓中隔離出來，便于檢修、維護和調試。隔離刀閘K1、K2、K3之間具有閉鎖和防止誤操作功能。
高壓變頻器和上級進線開關柜設置連鎖，當上級進線開關柜斷路器處于合閘位置時，絕不允許操作變頻器旁路高壓隔離開關，以防出現拉弧現象，確保操作的安全性，當出現嚴重的故障時，及時跳開上級開關柜斷路器保護高壓變頻器和電機。
利用原有DCS控制系統的預留點，將高壓變頻器有關信號接入原有DCS控制系統，實現了遠方/就地控制功能。當高壓變頻器出現故障時，將故障信息發送給DCS，以便于及時排除故障。
6焦化輻射泵變頻改造運行情況
6.1 節能情況
改造完成后，高壓變頻器于2013年6月20日一次投入使用，至今運行正常。焦化裝置運行穩定的情況下，加工量為148t/h，原料配比和性質穩定，使泵輸送介質的工況相對穩定，泵的運行情況良好，能夠滿足生產工藝要求。為檢驗改造效果，以P8102A泵為例，對該泵改造前后運行數據進行統計，如表4所示。節電效果十分明顯。操作壓力明顯降低。
改造后，進料泵電機的電流由32A下降到15.8A，功率因數0.81提高到0.96，每小時節約功率為182.5kW，每年按4000h，每kW h按0.5元計算，則年節電為：
節電量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW h=365000元，兩臺泵一年可節省電費730000元。
6.2其他收益
未改造之前純粹靠調節閥調節進爐原料流量，調節閥開度在25%～40%之間造成大量的能量浪費，改造后，調節閥基本全開，系統壓力由4.8Mpa下降到2.6Mpa左右，大大減少了介質度設備的沖蝕，延長了系統設備的使用壽命，初步估算，由于沖蝕磨損的減少，加熱爐進料調節閥、前后手閥等有關閥門的使用壽命大大增加，僅此一項，年可節約設備更換費用約23萬元。此外，降低了因磨損造成的閥門關閉不嚴、管線彎頭等出現漏點給生產帶來的不利影響，以及不安全因素。為裝置長期安全生產提供了有力保證，安全效益巨大。
7結束語
在石化行業焦化輻射進料泵上應用變頻調速技術，不僅解決了生產工藝中存在的問題，而且降低了生產成本，提高了設備運行安全性，取得了良好的經濟效益和社會效益。隨著我國“十二五”對節能減排工作的日益重視，變頻器用于石化行業的風機、泵類等設備節電效果顯著，而且性能穩定、可靠性高，具有重要的推廣意義。
