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高壓變頻器在焦化輻射進(jìn)料泵中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2014-04-11 作者:新風(fēng)光

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(qiáng)工業(yè)企業(yè)和濰坊市百強(qiáng)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(xiàng)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(jìn)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(chǎng)焦化裝置配置兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵,一用一備,平均一年運(yùn)行8000h單臺(tái)4000h。正常生產(chǎn)需要根據(jù)焦化爐內(nèi)的壓力和流量進(jìn)行頻繁的調(diào)節(jié)其原料進(jìn)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(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)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(fèi)用居高不下,為減少電能浪費(fèi),降低生產(chǎn)成本,用戶決定使用變頻進(jìn)行調(diào)節(jié),還有輻射進(jìn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。經(jīng)過多方考察,比較性價(jià)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(duì)焦化輻射進(jìn)料泵進(jìn)行改造,改造取得了成功。
2 焦化輻射進(jìn)料泵原系統(tǒng)現(xiàn)狀
  輻射進(jìn)料泵(P8102AB)給焦化爐供應(yīng)原料,輻射進(jìn)料泵流程如圖1所示。輻射進(jìn)料泵(P8102AB)拖動(dòng)電機(jī)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(jìn)料泵流程圖

  由于生產(chǎn)原料的限制,該裝置實(shí)際處理量低于設(shè)計(jì)處理量,按設(shè)計(jì)處理量的1.5倍選配輻射泵,使該泵的實(shí)際流量比其最低設(shè)計(jì)流量還小。在低流量下運(yùn)行時(shí),泵內(nèi)液體的流動(dòng)狀況將發(fā)生改變,泵的運(yùn)行工況劣化,致使軸承和機(jī)械密封壽命急劇降低,噪聲加劇,故障率升高。正常操作時(shí)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(shí)只有一臺(tái)爐子進(jìn)行生產(chǎn),進(jìn)行變頻改造,節(jié)約能源勢(shì)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(tái)、配置手動(dòng)旁路柜。2臺(tái)兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵分別配置1臺(tái)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(diǎn)
  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(bǔ)償裝置和輸出濾波器;不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問題,可以使用普通的異步電機(jī)。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(diǎn):
(1)采用高速DSP作為中央處理器,運(yùn)算速度更快,控制更精準(zhǔn)。
(2)飛車啟動(dòng)功能。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。
(3)完整的工頻/變頻自動(dòng)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(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)行,旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式,手動(dòng)旁路需人工操作,適應(yīng)于無備用裝置或不重要的運(yùn)行工況,自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能,整個(gè)轉(zhuǎn)換過程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)行造成任何影響。
(4)旋轉(zhuǎn)中再啟動(dòng)功能。運(yùn)行過程中高壓瞬時(shí)掉電3s內(nèi)恢復(fù),高壓變頻器不停機(jī),高壓恢復(fù)后變頻自動(dòng)運(yùn)行到掉電前的頻率。
(5)線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)(星點(diǎn)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(dòng)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(cè):實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,從而實(shí)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(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)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(jì)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(hù)功能。如果由于設(shè)備原因及其他原因造成輸出短路,此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護(hù)功能,將會(huì)導(dǎo)致重大事故。變頻器在發(fā)生類似問題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,保護(hù)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(dòng)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(hù),最大限度減少停機(jī)次數(shù)。
(11) 故障自復(fù)位功能:當(dāng)變頻器由于負(fù)載突變?cè)斐蓡卧蚴钦麢C(jī)過電流保護(hù)時(shí),可自動(dòng)復(fù)位,繼續(xù)運(yùn)行。
4 焦化輻射進(jìn)料泵變頻控制方式
  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(tái)焦化爐并列運(yùn)行,制定如下控制方案:
(1)對(duì)兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵(P8102AB)進(jìn)行改造,采用一拖一手動(dòng)控制。
(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,DCS輸出兩個(gè)4~20mA的直流信號(hào)控制變頻器的輸出頻率,從而分別調(diào)節(jié)P8102AB的兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速,控制泵出口壓力,利用原調(diào)節(jié)閥來平衡進(jìn)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(duì)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(dòng)工頻旁路,主回路接線如圖2所示。

  圖2 手動(dòng)旁路柜主回路

  手動(dòng)旁路中,共有3個(gè)高壓隔離開關(guān)K1、K2、K3,當(dāng)K1、K2閉合,K3斷開時(shí),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(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)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(dòng)電機(jī)運(yùn)行,此時(shí)變頻器從高壓中隔離出來,便于檢修、維護(hù)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(jí)進(jìn)線開關(guān)柜設(shè)置連鎖,當(dāng)上級(jí)進(jìn)線開關(guān)柜斷路器處于合閘位置時(shí),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(shí),及時(shí)跳開上級(jí)開關(guān)柜斷路器保護(hù)高壓變頻器和電機(jī)。
  利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn),將高壓變頻器有關(guān)信號(hào)接入原有DCS控制系統(tǒng),實(shí)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(shí),將故障信息發(fā)送給DCS,以便于及時(shí)排除故障。
6焦化輻射泵變頻改造運(yùn)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(yùn)行正常。焦化裝置運(yùn)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(duì)穩(wěn)定,泵的運(yùn)行情況良好,能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。為檢驗(yàn)改造效果,以P8102A泵為例,對(duì)該泵改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),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(jìn)料泵電機(jī)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(shí)節(jié)約功率為182.5kW,每年按4000h,每kW h按0.5元計(jì)算,則年節(jié)電為:
  節(jié)電量=182.5 kW×4000h×0.5元/kW h=365000元,兩臺(tái)泵一年可節(jié)省電費(fèi)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(jìn)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(fèi),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(jìn)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(xiàng),年可節(jié)約設(shè)備更換費(fèi)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(diǎn)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(jìn)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(yùn)行安全性,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著我國“十二五”對(duì)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(jī)、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。

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