煉油廠節電降耗新途徑--頁巖干餾裝置主風機變頻調速改造

撫順礦業集團頁巖煉油廠 王力行
摘要：本文介紹了撫順礦業集團頁巖煉油廠在應用高壓變頻調速設備上的探索和經驗，介紹了國產HARSVERT-A型高壓變頻裝置的技術特點。通過不同工況的比較，表明頁巖干餾裝置主風機變頻改造后的節能效果顯著，并提高了設備和系統的安全可靠性。
關鍵詞：煉油廠 主風機 變頻裝置 節能

一、 前言
　　在頁巖干餾裝置煉油工藝中，有一項重要的環節就是利用離心式風機（即：主風機）向干餾爐下部的發生段送風，目的是為干餾爐上部下來的頁巖半焦完成氧化－還原反應提供飽和空氣。主風機驅動電機功率為250kW，電壓等級為6000V。在實際運行中，要根據反應裝置中各項工藝指標的控制需求，調整主風機送風量。風量的調整要通過手動調節主風機入口蝶閥開度和放散口開度來實現，多余風量通過放散口排出。電機的工作電流在20～22A，電機的出力在70%左右。根據生產工藝的要求，每小時都要由工人手動風量一、兩次，大量的空氣被通過放散口排除，因此這種風量調整方式不合理，工人勞動強度大，同時造成無謂的能耗浪費，急需改進。
　　主風機變頻調速改造既可以滿足生產工藝要求，又可以取代工人用閥門調整風量，節約大量電能，通過變頻改造后的設備運行低噪音、減少了設備磨損、延長了設備使用壽命、節約維修費用，為煉油廠節電改造開辟了新的途徑。

二、 應用變頻調速技術可行性論證
　　在D部（四分廠）技術改造的初期，我們對主風機能否進行變頻改造進行了論證。工藝的角度上看，每天都要頻繁的調整主風機的流量，工人要付出繁重的勞動，而且調整偏差較大，如果電機通過變頻器調整調速，可以滿足工藝的需要，達到調節準確，節省人力的目的。更重要的是，風機運行過程中，入口蝶閥開度越小，損耗在風機擋板上的能量越多，因此，主風機根據需要調速運行將會有很大的節能空間。
　　針對現有干餾裝置主風機的運行特點，通過專人的市場調研，發現有三種方案可以實施應用：
　　1、高－高變頻：就是在原來高壓電器件的基礎上，不需要對電機進行改造，購置高壓變頻器；
　　2、高－低－高方式：就是先將高壓電源變成低壓電源，采用低壓變頻器，變頻后再升壓，電機也不用改造；
　　3、高－低方式：就是用一臺單獨的變壓器，將6kV高壓降至380V，采用低壓變頻器，用低壓電動機。
　　對比三個方案，使用高－高變頻器，電機不需要改造，在變頻器故障時可以直接啟動，有定型產品，性能良好，穩定可靠，但費用較高；高－低－高方式無定型產品，要重新設計電路，電路煩瑣龐大，要增加兩臺變壓器，費用也較高；高－低方式中變頻器直接使用低壓電源，現使用的變壓器容量不夠，需要另設一臺降壓變壓器。當降壓變壓器的容量比較小時，在變頻器故障后，電機不能直接啟動。如果降壓變壓器容量過大，會增加增容費用同時變壓器還有一定的電能損耗。綜合比較，我們選擇了直接高－高變頻調速方案。

三、 變頻調速技術應用嘗試
　　為確保改造成功不走彎路，減少損失，我們首先進行了較為詳盡的理論論證，認為理論上切實可行。抽調了兩名專業技術人員查閱了大量的資料，根據技術工藝的要求，對比風機運行的各種參數，結合現場可利用的有利條件，計算出電機不同工藝要求下的轉數，求出電機所需的功率，通過計算得知節電的空間很大。同時，我們又對本市的撫順新撫鋼、山東萊蕪鋼廠進行了實地調研，了解到他們使用的高壓變頻器運行狀況良好的信息。之后，對高壓變頻器的制造企業進行了了解，并實地考察了北京利德華福公司的生產制造基地。通過進行考察、論證，我們認為北京利德華福電氣技術有限公司技術先進，管理規范，生產制造工藝先進，其制造的高壓變頻器性能穩定可靠。在此基礎上，決定在D部干餾裝置主風機上選用一臺高壓變頻器進行試驗運行，并最終選用了北京利德華福公司生產的HARSVERT－A06/030型高壓變頻器。
　　HARSVER-A型變頻裝置采用單元串聯多電平PWM拓撲結構，由若干個低壓PWM變頻功率單元串聯的方式實現直接高壓輸出，即6kV輸出電壓每相有7個額定電壓為480V的功率單元串聯而成，輸出相電壓3450V，線電壓達到6kV左右，裝置系統配置如圖1。這種技術是目前高壓變頻領域應有最廣泛、最成熟的技術。


圖1：HARSVER-A型高壓變頻調速裝置系統圖

該調速裝置有如下特點：
◆ 變頻器為高-高結構，不需輸出升壓變壓器，變頻器效率高達96%；
◆42脈沖的整流電路結構，使輸入電流波形接近正弦波，總的諧波電流失真低于4%，輸入功率因數達0.95以上；
◆逆變器輸出采用多電平移相式PWM技術，輸出電壓接近正弦波。輸出電壓每個電平臺階只有單元直流母線電壓大小，所以dv/dt很小，不需要配置專用濾波裝置；
◆采用功率單元串聯，而不是功率器件串聯，器件承受的最高電壓為單元內直流母線的電壓，器件不必串聯，不存在器件串聯引起的均壓問題；
◆變頻器可以承受30%的電源電壓下降而繼續運行，變頻器的6KV主電源完全失電時，變頻器可以在3秒內不停機；
◆采用功率單元旁路技術，多極模塊串聯，某個模塊發生故障時自動旁路運行，大大地提高了系統運行的可靠性；
◆變頻裝置提供大液晶中文操作界面，功能強，操作方便；
◆裝置除變壓器外，大部分的元器件采用進口優質產品，保證了整件的質量和可靠性。

四、 變頻調速為油廠節電開辟了新途徑
　　我們在主風機電機變頻調速的應用上，注意了對主風系統的匹配調整，經過近一段時間的摸索實踐，崗位工人已掌握了使用要領，并記錄了一些真實準確的數據。
　　高壓變頻器于2004年5月的投入使用至今，運行狀況非常好，沒有發生任何故障。從節電效果看，電機輸入電流在10A左右、輸入功率在85KW左右，和A、B、C部的經濟運行數據的20A左右的輸入功率相比，僅為高壓不變頻的50%，節電效果明顯。每天可節電2040度，全月可節電61200度，可節約電費2.57萬元。據此推算，全年至少可節電67萬度，電費節約將可達到28萬元。

五、 結束語：
　　煉油廠從97年在葉輪給料機上使用變頻調速設備，到2003年在鍋爐的鼓、引風機、主上水泵、接力風機上大上變頻，到今年的主風機高壓變頻改造，做了許多嘗試，積累了大量經驗，不僅鍛煉了隊伍，同時節約了大量電能，為企業的技術進步邁了可喜的一步。我們覺得企業的技術改造潛力很大，只要本著嚴謹的科學態度認真調研，就一定能收到回報，給企業帶來效益。

　　 王力行簡介：撫順礦業集團公司頁巖煉油廠副廠長，1981年8月畢業于撫順礦務局工學院，1996年晉升為電氣高級工程師。1981年8月至今分別在撫順礦業集團所屬的西露天礦和頁巖煉油廠從事機電管理工作，近年來對高壓電機變頻調速作了一些嘗試，在節能方面收到了很好的效果。

撫順礦業有限責任公司頁巖煉油廠
　　頁巖煉油廠，是隸屬于撫順礦業集團公司的骨干企業之一，也是目前我國境內唯一從事油母頁巖加工利用為主的國有企業。其坐落于遼寧省撫順市東洲區南花園街。現有年處理油母巖300萬噸的能力，年產頁巖油設計能力為9萬噸，并建有2條噴霧炭黑生產線，年產噴霧炭黑2000噸。