產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
少用電 用好電 再生電 存儲電 防爆電
解決方案
高壓變頻器在焦化輻射進料泵中的應(yīng)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(yè)園,占地面積5000畝,現(xiàn)有職工1500人,為壽光市特大型企業(yè),濰坊市百強工業(yè)企業(yè)和濰坊市百強民營企業(yè)。 主要生產(chǎn)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(chǎn)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(shù),是指以貧氫的重質(zhì)油為原料,在高溫(約500℃)進行深度的熱裂化和縮合反應(yīng),生產(chǎn)富氣、粗汽油、柴油、蠟油和焦炭的技術(shù)。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(xiàn)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(chǎn)需要根據(jù)焦化爐內(nèi)的壓力和流量進行頻繁的調(diào)節(jié)其原料進料流量。由于調(diào)節(jié)閥前后具有很大的壓力差,通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進焦化爐輻射段的進料流量,大量能量就消耗在調(diào)節(jié)閥節(jié)流上,操縱不穩(wěn)定,調(diào)節(jié)閥沖洗十分嚴(yán)重,造成維修費用居高不下,為減少電能浪費,降低生產(chǎn)成本,用戶決定使用變頻進行調(diào)節(jié),還有輻射進料泵承擔(dān)著向加熱爐輻射段輸送熱渣油的重任,因此該泵出現(xiàn)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(shè)備進行改造。經(jīng)過多方考察,比較性價比,決定選用山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)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(tǒng)現(xiàn)狀
輻射進料泵(P8102AB)給焦化爐供應(yīng)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(shù)如表1、表2所示。
圖1 輻射進料泵流程圖
由于生產(chǎn)原料的限制,該裝置實際處理量低于設(shè)計處理量,按設(shè)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(shè)計流量還小。在低流量下運行時,泵內(nèi)液體的流動狀況將發(fā)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(diào)節(jié)閥后)壓力為1.3 MPa,即可滿足系統(tǒng)要求。可見,有大量的能量消耗在調(diào)節(jié)閥上,況且有時只有一臺爐子進行生產(chǎn),進行變頻改造,節(jié)約能源勢在必行。
3風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器系統(tǒng)
改造選用風(fēng)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(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)
風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)如表3所示。
3.2 風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點
風(fēng)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(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù),屬高-高電壓源型變頻器,其諧波指標(biāo)小于IEE519-1992的諧波國家標(biāo)準(zhǔn),輸入功率因數(shù)高,輸出波形質(zhì)量好,不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(fēng)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(zhǔn)。
(2)飛車啟動功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動。
(3)完整的工頻/變頻自動互切技術(shù)?,F(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜,變頻器發(fā)生故障時能使高壓電機轉(zhuǎn)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(yīng)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(fā)生故障后直接自動轉(zhuǎn)換至工頻運行。新風(fēng)光公司提供的自動旁路切換柜,不僅可實現(xiàn)變頻故障情況下自動由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運行狀態(tài),還可實現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運行的功能,整個轉(zhuǎn)換過程不會對用戶設(shè)備的運行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動功能。運行過程中高壓瞬時掉電3s內(nèi)恢復(fù),高壓變頻器不停機,高壓恢復(fù)后變頻自動運行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動均衡技術(shù)(星點漂移技術(shù))。變頻器某相有單元故障后,為了使線電壓平衡,傳統(tǒng)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(shù)通過調(diào)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(tǒng)的直流電壓,從而實現(xiàn)輸出電壓的優(yōu)化控制,降低諧波含量,保證輸出電壓的精度,提升系統(tǒng)控制性能,并可使保證運行維護人員實現(xiàn)對功率單元運行狀況的全面把握。
(7)單元內(nèi)電解電容因采取了公司專利技術(shù),可以將其使用壽命提高1倍。
(8) 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,單元串聯(lián)多重化并聯(lián)結(jié)構(gòu),IGBT承受的電壓較低,可以有較寬的過壓范圍(≥1.15Ue),設(shè)備可靠性更高。
(9) 具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設(shè)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(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時能夠立即封鎖變頻器輸出,保護設(shè)備不受損害,避免事故的發(fā)生。
(10) 限流功能:當(dāng)變頻器輸出電流超過設(shè)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(fù)載突然變化而引起的過流保護,最大限度減少停機次數(shù)。
(11) 故障自復(fù)位功能:當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變造成單元或是整機過電流保護時,可自動復(fù)位,繼續(xù)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(shù)人員以滿足裝置加工量和焦化爐平穩(wěn)運行為根本,積極與工藝、設(shè)備人員進行技術(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(yuǎn)程/本地”切換開關(guān)實現(xiàn)就地啟動和遠(yuǎn)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(chǎn)的連續(xù)性,當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時,可以切換到工頻運行,仍利用原來的調(diào)節(jié)閥進行調(diào)節(jié)。
(3)從DCS組態(tài)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(diào)節(jié)P8102AB的兩個電機轉(zhuǎn)速,控制泵出口壓力,利用原調(diào)節(jié)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(chǎn)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(guān)K1、K2、K3,當(dāng)K1、K2閉合,K3斷開時,10kV電源經(jīng)隔離刀閘K1到高壓變頻裝置,變頻裝置輸出經(jīng)K2送至電動機,電動機變頻運行;一旦變頻裝置出現(xiàn)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(diào)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(guān)柜設(shè)置連鎖,當(dāng)上級進線開關(guān)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(guān),以防出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象,確保操作的安全性,當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的故障時,及時跳開上級開關(guān)柜斷路器保護高壓變頻器和電機。
利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點,將高壓變頻器有關(guān)信號接入原有DCS控制系統(tǒng),實現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能。當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)故障時,將故障信息發(fā)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(jié)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(wěn)定的情況下,加工量為148t/h,原料配比和性質(zhì)穩(wěn)定,使泵輸送介質(zhì)的工況相對穩(wěn)定,泵的運行情況良好,能夠滿足生產(chǎn)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(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,如表4所示。節(jié)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(shù)0.81提高到0.96,每小時節(jié)約功率為182.5kW,每年按4000h,每kW h按0.5元計算,則年節(jié)電為:
節(jié)電量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW h=365000元,兩臺泵一年可節(jié)省電費730000元。
6.2其他收益
未改造之前純粹靠調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進爐原料流量,調(diào)節(jié)閥開度在25%~40%之間造成大量的能量浪費,改造后,調(diào)節(jié)閥基本全開,系統(tǒng)壓力由4.8Mpa下降到2.6Mpa左右,大大減少了介質(zhì)度設(shè)備的沖蝕,延長了系統(tǒng)設(shè)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(diào)節(jié)閥、前后手閥等有關(guān)閥門的使用壽命大大增加,僅此一項,年可節(jié)約設(shè)備更換費用約23萬元。此外,降低了因磨損造成的閥門關(guān)閉不嚴(yán)、管線彎頭等出現(xiàn)漏點給生產(chǎn)帶來的不利影響,以及不安全因素。為裝置長期安全生產(chǎn)提供了有力保證,安全效益巨大。
7結(jié)束語
在石化行業(yè)焦化輻射進料泵上應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),不僅解決了生產(chǎn)工藝中存在的問題,而且降低了生產(chǎn)成本,提高了設(shè)備運行安全性,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著我國“十二五”對節(jié)能減排工作的日益重視,變頻器用于石化行業(yè)的風(fēng)機、泵類等設(shè)備節(jié)電效果顯著,而且性能穩(wěn)定、可靠性高,具有重要的推廣意義。