摘要：撫順石油三廠是一個石油化工性企業，各生產裝置的機泵以往由于技術上的原因，均作定速運動。流量、壓力、液面等工藝參數的調節是用調節閥來控制的，造成大量的能量損耗在閥門的阻力上。
關鍵字：高壓，變頻技術，石化，應用

　　1990年開始，我們先后在廠內100余臺低壓電機上應用了變頻器。節電效果很顯著，平均節電率達50%以上，各生產裝置的耗電量明顯下降，同時也解決了一系列相應的設備隱患問題。
　　近年來由于技術的發展，高壓變頻技術已相當成熟，設備價格也有所下降，為推廣應用創造了有利條件。1997年，我們首次在石油三廠關鍵生產裝置分子篩P501機泵上應用高壓變頻技術取得了成功，收到非常好的效果。

1 分子篩P501機泵應用高壓變頻器的必要性
　　石油三廠分子篩裝置年生產能力為14萬噸，是全部采用美國UOP技術建造的一座現代化裝置，在撫順石化公司所屬企業工藝上起著承上啟下的作用，非常重要。
圖1 500單元-熱油系統工藝流程示意圖
　　分子篩裝置中最重要的是500單元——熱油系統，而P501泵又是熱油系統的關鍵，其簡單的工藝流程如圖1所示：分子篩P501泵的入口罐V501是一個高位氮封罐，具有儀表液位檢測裝置，氮氣的壓力為0.5Mpa。P501熱油泵有三臺：入口壓力0.5Mpa，出口壓力額定1.94Mpa，最小連續流量366m3/h，額定流量1100m3/h，熱油溫度為300℃（-0℃-+28℃），轉速2970 r/min。P501電機三臺：額定電壓6000V，工作額定電流58.7A，電機的容量為610kW，F級絕緣，電機的額定轉速為2980 r/min。泵的出口總管線上有一個流量孔板。熱油出泵后，流過H501加熱爐內盤管進行加熱。根據裝置處理量不同，爐子要求通過熱油的流量不同并保持穩定。副線：熱油從加熱爐出來，進入11個重沸器，每個重沸器均有壓控閥，由DCS控制進入各重沸器熱油的多少，多余的熱油通過副線壓控閥5FRC10回到泵的入口罐V501，11臺重沸器出口熱油進行完熱交換后也流到泵的入口罐。
　　分子篩裝置投產一年多P501逐步暴露出一些工藝及設備上的問題，主要有：其一、由于生產要求，流量為1300m3/h，而一臺泵為1100m3/h，流量不夠，所以必須開兩臺泵才能滿足生產要求。因開兩臺機泵，造成熱油系統壓力高，使11臺重沸器及所有熱油系統漏油嚴重，損失較大；其二、由于熱油流量遠遠大于所需流量（多出300—400m3/h），造成加熱爐負荷加重，耗費燃料增多，能量損失過大；其三、因為開兩臺泵輸出的總流量遠遠大于所用流量，使泵的出口壓力高于額定壓力運行（2.2—2.4Mpa），甚至多出泵的最高壓力運行，使泵的端面密封泄漏頻繁，備件更換頻繁，人工及設備備件耗費大；其四、由于熱油系統流量遠遠大于所需流量，300—400m3/h的熱油經過加熱爐加熱后被迫通過副線壓控閥5FRC10回泵的入口罐，造成電機電能浪費嚴重，基于上述原因，對P501泵進行變頻技術改造也就非常有必要了。

2 應用高壓變頻器可行性分析
　　根據96年11月25日裝置在109%負荷的實測，兩臺電機耗電1080kWh，如果通過變頻把電機轉速降下來，保證熱油系統所需壓力情況下，同樣的流量，兩臺電機只需耗電580kWh，每小時凈節電500kWh，全年按8000小時計算，節電400萬kWh，節約資金170萬元，效益非?？捎^。
　　根據撫順石化公司《九八》生產發展規劃及撫順石化公司石油三廠關于九七年技措項目討論會議紀要的精神，我們開始著手進行高壓變頻器的可行性研究。
（1） 根據加熱爐對入口流量的需要量，泵出口流量計測出的4-20mA信號，進DCS后與給定信號進行比較后的差值，經PID調節后作為變頻器的反饋輸入信號，控制電機的轉速，保證流量的穩定；
（2） 由于轉速下降，泵的出口壓力也成平方關系下降，此過程應保證導熱爐油能進入爐子，進導熱管后，再進入重沸器中，再回到泵入口罐；
（3） 使用變頻器后，電機轉速應在保證泵的出口壓力前提下隨著流量的變化而自動調節；
（4） 變頻器應具備手動/自動切換功能，并具有變頻運行停車指示，以及電流、電壓、頻率指示，以便生產維護人員進行巡檢維護；
（5） 變頻裝置應具有接地、過載、短路、過壓、過流保護功能，并具有故障報警顯示功能；
（6） 變頻裝置對電網的諧波干擾應在中國國家標準規定的范圍內。

2.1主要設備
　　針對分子篩熱油系統目前存在的工藝及設備問題，我們決定對熱油泵P501A、B兩臺機泵進行改造，采用美國ROBICON公司ID—CS456的電源高—低—高式高壓原裝進口變頻器。其主要設備有：
圖2 交—直—交變頻器
（1） 降壓變頻器（1個）：將輸入6kV電壓降為460V電壓。
（2） 變頻器（1個）：460V交—直—交變頻器，見圖1。
（3） 升壓變頻器（1個）：從460V變頻電壓升至6kV變頻電壓。
　　我們根據石油三廠的實際，設計裝置年開工時間為8000小時。公用系統安排依托原有設施，不增加新的工程，整個改造建設工期為2個月。變頻器電源柜，仍為原有的沈陽成套高壓開關廠生產的ZN58型真空開關，動力電纜及變頻器一次保護系統不變。儀表的檢測用壓力表需新安裝，4-20mA控制電纜需新敷設，DCS控制系統利舊。總計劃投資為400萬元，其中變頻器費用370萬元，土建及電纜、儀表費用約30萬元。
　　實際的運行分析，從泵類運行的關系式可以看出，當機泵降速運行時，流量一定要滿足生產需要，這時的泵的揚程（泵出口壓力）也相應下降，實際揚程為ｈ=ｈo×（n/no）2；但是管網阻力（管網壓力）在管網不變的情況下，R不變，即管網壓降與流量平方成正比，在正常情況下，雖然泵的轉速下降，泵出口壓力與管網壓降按同一比例下降，不會影響裝置的安全生產。
　　應用變頻器之后，可以達到以下效果：
· 滿足生產工藝自動化控制的要求，由于響應準確靈敏，所以可保證正常生產的平穩可靠。
· 節電效果非常顯著
· 減少機泵、密封及管線等的維護保養量
· 降低工人勞動強度
　　經過幾年來的運行來看，已經達到各項要求的技術指標。

3.1 工藝控制方案可靠準確
　　根據加熱爐出口壓力檢測信號（信號和流量具有平方關系），DCS輸出4—20mA信號進入變頻器做為變頻器的給定信號。管線的壓力檢測計給出的4—20mA信號進入DCS后，DCS給出兩個控制方案，一個方案是在變頻器均出現故障時采用變頻器手動工頻工作，系統仍控制副線壓控閥工作，另一個方案是將此信號送入變頻器，變頻器進行調節轉速，保證流量（壓力）的穩定性，這一閉環控制系統是非常成熟的。

3.2 控制效果非常好
（1） 轉速下降。泵出口壓力成平方關系下降，即在保證導熱油能打入爐子，進入重沸器的基礎上，降低壓力值，這樣就會大大減少重沸器及管線接頭部位泄漏，減少導熱油消耗。
（2） 轉速自動調節。保證加熱爐入口流量，不走副線，會大大降低爐子燃料消耗，節約能源。
（3） 轉速自動調節。使出口壓力可以大大降低，大大減少泵的密封泄漏，同時大大減輕了整個傳動系統的機械磨損并延長了電機壽命。
（4） 由于不走副線，大大減少電機無用做功，節電效果非常顯著。
　　此次石油三廠分子篩P501機泵變頻技術改造是撫順石油三廠97年的重點技術改造項目，不僅關系到全年的扭虧為盈，是一個挖潛增效的有效手段，而且能夠解決石油三廠分子篩熱油系統（UNIT500）目前存在的設備隱患，對今后石油三廠安全生產有著極其重大的意義。

4 運行中出現的問題及解決辦法
　　在應用變頻器期間，我們也遇到幾個比較棘手的實際問題，經過長期的努力，終于一一解決。

4.1變頻器發熱問題
　　由于變頻器是由輸入輸出變壓器以及整流逆變的功率元件構成的設備，所以工作中散熱是必須很好解決的問題。盡管電流源型變頻器的效率很高，但仍有5.12%的損失，以熱量形式散發在柜內。正常工作時，變頻器本身的內置排風扇工作以便柜內空氣能夠流通。
　　12月份，盡管是冬季（戶外-25℃），但變頻器室內由于兩臺變頻器的運行，室內溫度仍然在30～40℃之間（2臺5P空調均正常工作情況下），98年元月31日17：35：00分就發生過變頻器整流超溫（限度40℃）停車的事故，因此解決好室內的降溫工作就非常必要，否則在夏季高溫條件下變頻器將無法正常工作。
　　經過廣泛調查研究，最后采取水冷空調器（2臺15P）的方案，從7月份施工完畢運行效果來看，確實解決了這一問題經常運行溫度為20～23℃之間。

4.2 變頻器A、B兩臺同時運行出力不平衡的問題


　　98年2月份，分子篩A、B兩臺變頻器均單獨調試完畢。由于生產需要，熱油量提高到1500t/h，開A、B兩臺泵，出現兩臺出力不平衡的問題，流量不穩。以2月5日為例：
一次電流 百分輸出值 頻率 輸出電壓 輸出電流 出口壓力
P501A 60A 94% 48Hz 458V 950A 1.1MPA
P501B 60A 94% 48Hz 460V 700A 1.4MPA

　　A臺泵流量平衡，壓力一定，但B臺流量不穩，壓力在1.4MPA范圍波動很大?；谶@種現象，大家分析原因并逐項落實：
· B臺、A臺可能由于工藝管線的位置不同，存在阻力不同的問題，或入口過濾器堵了，但經過大檢修檢查無問題。
· A、B兩臺泵轉速不同，壓力不一樣。后在3月份電工利用轉速表測試兩臺電機轉速相同。
· A、B泵的特性不同，但原來的96、97年以前也均相同，所以不是這個原因。
· 液位是假的。泵的入口吸不到介質造成，后經過4月7日儀表同工藝兩家查找，是這個原因。具體為V501罐出現罐存　　實際低于20%的液位，直接影響了兩臺機泵大流量吸入的要求，使分子篩出現了近2個月的流量不穩的情況中，經過大家的努力，這個問題已解決了。

4.3 關于電機在低轉速時能否正常油圈甩油潤滑瓦的問題。
　　由于電機前后軸瓦需要油圈甩油潤滑方式，可能出現電機在低轉速時影響電機油圈的甩油質量。為此7月20日在相關人員的配合下，將前后軸瓦外小蓋打開，分別標定了60%，80%，100%幾種狀態的潤滑情況，認為雖然流量減少，但還是可以滿足潤滑的需要的，經實際運行證明，潤滑沒有問題，如運行中保持高油位會更可靠。

4.4 P501電機串軸問題
　　P501電機（Siemens）自從引進以來就出現串軸問題，串軸量達到6mm，造成一系列問題。經過分析是由于電機磁場平衡未解決好，測試轉子的硅鋼片為600mm，定子的硅鋼片為612mm，如果兩個鐵芯的軸向中心相對，則不會產生軸向力，而這三臺電機中的A、C內為鐵芯一面相對，則會產生軸向力。電機軸承在6mm之間軸向運行，當到軸瓦護臺以后又會碰回來，所以我們看到的就是6mm左右的串軸。6mm的串軸是機泵無法承受到的，造成電機與泵的彈性聯軸節運行不了一個月就損壞，彈性聯軸節失效后，泵密封、泵端環損壞頻繁。
　　目前，P501A已經由鞍山電機廠處理完畢，徹底解決了軸向尺寸問題，C臺軸轉子重力中心與磁場中心差別不象A臺那么大，通過調整瓦墊已調整相對滿意。B臺尺寸比較好，不存在上述問題。
　　以上是變頻器期間碰到和解決的幾個大問題，還有許多小問題，我們邊工作邊解決了，有力保證了廠節能項目工作的開展。
　　總之，通過引進變頻技術后，分子篩原來存在的問題全部解決，多年來保證了分子篩裝置的安全平穩生產。

參考文獻：
[1] 滿永奎，韓安榮，吳成東等. 通用變頻器及其應用[M>. 北京：機械工業出版社，1990.
[2] Theodore Wildi. 電機、托動及電力系統[M>. 北京：科學出版社 ，2002.
[3] 黃 俊. 半導體變流技術[M>. 北京：機械工業出版社， 1990.
[4] ROBICON.《ID-CSI 456 SERIES Microprocessor Controlled Current Source Inverter（40 Hp through 1500Hp） OPERATIONS MANUAL》使用說明書1996（10）