洪湖首站輸油泵變頻調速的應用報告

荊門石化洪湖首站的輸油泵拖動電機功率為630kW，電壓等級為6000V。從輸油泵運行狀況看，泵在額定轉速（工頻運行）下運行時，所能輸送的液量遠大于實際需要輸送的液量。原來工頻運行時，只能靠調節出口閥門開度來調節所輸液量，造成閥門前后壓差增大，產生較大的節流損耗。電機由于只能在50Hz下定速運行，能量損失較大。同時，由于出口閥門閥前壓力遠大于閥后壓力，使得油泵極易出現密封損壞和機泵損耗，經常造成泄漏停泵，給生產造成很大影響。
一、調速節能原理分析
圖1 為典型的油、水泵機械在不同轉速時的輸出特性曲線。

圖中，H(n1)，H(n2)表示調速時的Q = f(H)曲線，R1，R2表示閥門調節時的管路阻力曲線，閥門控制時Q ® Q1，A ® B，HA ® HB，閥門控制時功率消耗P1由0HBBQ1表示，調速時功率消耗P2由0HCCQ1表示，若P1 > P2則可以表明，調速時功率消耗遠小于閥門節流時的功率消耗，根據相似原理：
Q1 / Q2 = n1 / n2 H1 / H2 = (n1 / n2)2 P1 / P2 = (n1 / n2)3
由上式可知，當轉速下降1/2時，流量下降1/2，壓力下降1/4，功率下降1/8，即功率與轉速成3次方的關系下降，如果不是用關小閥門的方法，而是把電動機轉速降下來，那么，隨著泵的輸出壓頭壓力的降低，在輸送同樣流量的情況下，原來消耗在閥門上的功率就可完全避免，這就是調速節能原理所在。簡單地說，也就是在不裝變頻調速裝置時，泵的出口排量靠出口閥控制調節，電動機易過負荷。流量小時，靠關小閥門調節，增加了泵管壓差，使部分能量白白消耗在出口閥門上。安裝變頻調速器后，可以降低泵的轉速，泵的揚程也相應降低，電動機的電耗也降低，使原來消耗在泵出口閥上的泵管壓差，用無級調速方法得到了解決。由于采用恒轉矩特性，變頻降速后的電動機轉矩不變，拖動力矩恒定，可以保證輸液量，從而實現了節約電能的作用。
二、現場使用及節能效果
為了解決洪湖首站輸油泵存在的油泵及電機故障較頻繁、影響正常生產以及能量損耗較大的現狀，我們對洪湖首站的一臺輸油泵采用德國西門子公司的西門子SIMOVERT - A系列變頻器，進行了變頻調速改造。根據生產實際需要，采用了現場起動、停止、故障復位和現場頻率給定等控制方式，并設計了變頻器故障的現場聲光報警和急停按鈕。西門子SIMOVERT - A變頻器有完善的過流、過壓、欠壓、短路等保護功能和故障自動檢測及顯示功能，可以顯示故障原因，方便了檢修及維護。為了保證生產的連續性和變頻器一旦出現故障檢修時的需要，還設計了工頻旁路。自2000年11月底，洪湖首站輸油泵變頻器投入運行至今，變頻器運行非常穩定，運行頻率穩定在39Hz左右，負載電流也從原工頻運行時的67A降到了現在的45A左右，在滿足正常輸油的情況下，不但節約了大量電能，而且減少了泵出口閥兩側的壓力之差，使泵內壓力降低，徹底消除了輸油泵因壓力過高引起的密封損壞，流體外泄的情況。
為了準確掌握變頻后負載的實耗功率，定量分析其節能效果。我們于2001年3月1日至7日對變頻泵作了數據測試，測試結果見下表 ：

未裝變頻器前：負載電流平均值為67A，電壓為6000V；
_ _
平均功率P = Ö3·V·I·Cosf = Ö3×6×67×0.86 = 598.79kW；
使用變頻器后：負載電流平均值45.5A，平均電壓為5575.7V；
67×6000 - 45.5×5575.7
節能率 DP = ————————————— ×100% = 36.89%；
67×6000
使用變頻器后節能效果如下：
節能 DP = 36.89%； _
節約電能：P = 36.89%×Ö3×6×67×0.86 = 220.89kW / h
按1kW / h電價0.4元計算：
年節電費：220.89×24×300×0.4 = 63.62萬元。
（注：變頻調速器自2000年11月底投入運行至2001年3月2日，運行頻率一直在38Hz以下，電機平均電流在44A以下，自3月3日起，由于輸油管線的原因，使得運行頻率和電機平均電流上升。）
安裝變頻調速器后，節能所帶來的效益只是其所產生效益的一方面，使用變頻調速降低了電機的啟動電流，減少對電網的沖擊，提高了油泵和電機的使用壽命，減少了維修工作量，減少了軸承和電氣元件的損壞，保證了生產的穩定和安全，而且只要配上相應的檢測儀表就可實現閉環控制。
變頻調速器是比較精密的電子電氣裝置，不宜在潮濕環境里長期空置。在不用時，應在通電條件下放置，以使變頻器柜內保持干燥，這對于變頻器的正常使用是非常重要的。
綜上所述，采用變頻調速器對于減輕機泵損耗，延長機泵價格周期和使用壽命，降低輸油電耗，保證安全平穩輸油，提高輸油自動化水平，減輕崗位工人的勞動強度，都有著很大的作用。