正和集團120萬噸焦化輻射進料泵變頻節能改造

1 概述
　　近年來國家倡導節能減排，我公司積極響應國家節能增效的政策，節能產品在我公司得到了大量推廣，集團公司2006年新上焦化裝置的兩臺輻射進料泵通過調節閥調節進焦化爐輻射段的進料流量，調節閥正常開度在30%左右，大量能量消耗在調節閥節流上。調節閥前壓力高達3.8Mpa,操作極不穩定，且調節閥沖刷十分嚴重，正常使用壽命為1.5個月左右，造成極大維修成本，為減少電能浪費，節約成本，集團公司決定對焦化輻射進料料泵進行節能改造。

　　目前市場上高壓變頻器產品較多，變頻調節類型多種多樣，國外產品價格相對較高，正和集團在節約成本的策略前提下，考慮到某些國產高壓變頻器設備水平已接近國際水平，能滿足運行要求，集團公司根據掌握的變頻器資料，公開招標，進行性價比比較，結果山東新風光電子科技發展有限公司生產的JD-BP37-500F型高壓變頻調速器勝出。

2 風光高壓變頻器的性能及結構
2.1 風光JD-BP37系列高壓變頻器優勢和特點
　　風光JD-BP37系列高壓變頻器與國內外同類產品比較，在產品功能設計、產品質量保障措施、系統安全設計和服務方面，具有以下優勢和特點：
1）輸入、輸出諧波含量低，輸入功率因數高。無須濾波器和功率因數補償，可直接驅動電機；
2）系統控制電源采用220VAC和高壓主電源降壓隔離后雙路供電，系統運行更可靠、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波形，便于調試、檢修及操作人員陪訓；
3）冷卻風機采用高壓主電源降壓后直接驅動，風機僅在上高壓電且變頻器開機后運行，避免了冷卻風機啟、停時對控制系統的影響；
4）更適應于國內電網條件，變頻器工作電壓范圍為UN+15～-20%；
5）瞬時停電保護功能。當主電源失電后，變頻器控制電機處于發電狀態運行，為單元電容充電，并為單元控制電源供電，直至主電源恢復，變頻器回到原運行狀態。瞬時停電時間典型值為3秒（具體時間可以根據用戶的系統而定），超過3秒變頻器則保護，檢查停電原因，以免變頻繼續運行而引起事故；
6）限流功能。避免啟動或負載突然變化時，使變頻器輸出電流過大而導致保護動作；
7）操作平臺采用全中文WIN系統，運行穩定，且易學易用；
8）完善的上位機控制功能。可與DCS系統實現通訊或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品，產品從元器件至半成品及成品，均實現100%的嚴格測試。各系列產品出廠前均完成100%72小時以上負載測試記錄，確保產品的可靠性；
10）系統運行安全可靠性設計方面，公司擁有獨享專利技術：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
　　控制系統由控制器，PLC和人機界面組成。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據信號，每塊光纖板控制一相的所有單元。光纖板周期性向單元發出脈寬調制（PWM）信號或工作模式。單元通過光纖接收其觸發指令和狀態信號，并在故障時向光纖板發出故障代碼信號。
　　主控板采用高速單片機，完成對電機控制的所有功能，采用正弦波載波移相方式產生脈寬調制的三相電壓指令。通過RS232通訊口與人機界面主控板進行交換數據，提供變頻器的狀態參數，并接受來人機界面主控板的參數設置。
　　人機界面為用戶提供友好的全中文操作界面，負責信息處理和與外部的通訊聯系，可選上位監控而實現變頻器的網絡化控制。通過主控板和PLC采集的數據，計算出電流、電壓、功率、運行頻率等運行參數，提供記錄功能，并實現對電機的過載、過流進行報警和保護。通過RS232通訊口與主控板連接，通過RS485通訊口與PLC連接，實時監控變頻器系統的狀態。
　　PLC用于變頻器內部開關信號以及現場操作信號和狀態信號的邏輯處理，增強了變頻器現場應用的靈活性。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場的流量、壓力等模擬信號或模擬設置時的設置信號；模擬輸出量是頻率給定信號。其系統結構如圖1示。由移相變壓器，功率單元和控制器組成。風光6KV高壓變頻器，變壓器有15組付邊繞組，分為5個功率單元/相，三相共15個單元，采用30脈沖整流，輸入端的諧波成分遠低于國標規定。

圖1 高壓變頻調速系統的結構圖

圖2 主界面

參數設置界面：

圖3 參數設置界面

3 改造過程簡介

圖4 輻射進料泵流程圖

　　輻射進料泵流程圖如圖4所示。輻射進料泵（P1202）給焦化爐供應原料，輻射進料泵（P1202ＡＢ）牽引電機型號為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有限公司生產的TDF250-120＊5，泵揚程為565米，出口壓力P1為4.8Mpa,調節閥前壓力P2為3.8Mpa,原料流經調節閥后壓力P2為1.7Mpa,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。
　　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，并考慮到兩臺路子并列運行，制定如下控制方案：
1）兩臺輻射進料泵（P1202/AB）只對B泵進行改造，既節省投資，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，人為地輸出一個4—20mA的直流信號控制變頻器的輸出頻率，從而調節P1202B的電機轉速，控制泵出口壓力P1，利用原調節閥來平衡四路爐子進料流量。變頻器一次側及二次側接線圖如5所示。

圖5 變頻器一次側及二次側接線圖

4　改造前后能耗對比
　　裝置運行穩定的情況下，加工量為50噸/小時，未經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，噸油單耗電為1.649KW/h，節電效果十分明顯。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。

　　投資回收期經測算，6-7個月可收回成本。

5總結
　　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20-35%之間造成大量的能量浪費，調節閥前后壓差高達2.7Mpa,生產過程中流量波動大，調節質量差，爐出口溫度波動大，難以控制，調節性能不好，影響產品質量和收率。而且調節閥本身沖刷嚴重，堆焊司太萊硬質合金的閥芯組件正常使用壽命也只有1.5個月左右，產生大量的維修費用，經變頻改造后進爐原料量主要靠變頻控制，調節閥開度在90%左右，只起到平衡四路流量的作用，流量控制穩定，爐出口溫度調節平穩，調節質量明顯提高。調節閥沖刷基本消除，大大延長了調節閥使用壽命。未改造之前原料系統操作壓力高達4.8MPa,原料為380——-400攝氏度的高溫渣油，易燃易爆，極易發生泄漏，生產中存在很大的安全隱患，改造后系統操作壓力降至2.0Mpa,大大提高了裝置運行的安全性。
　　新風光的高壓變頻投用以來，運行穩定，便于操作，受到了操作工人的稱贊，減少了維修工人的勞動量。這次改造取得了很好的效果，節能環保；降低系統壓力，安全得到保障；減少了調節閥沖刷、有效地降低機泵配件（軸承、機械密封、葉輪）磨損，減少了維修費用；變頻軟啟動避免了直接啟動對公司電網的沖擊；這次改造開了焦化裝置輻射進料泵變頻運行的先河，給全國焦化裝置樹立了典范，在石化行業做出了榜樣。這一成果榮獲中國化工集團公司“五小”成果三等獎。期。