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高压变频器在石化行业的应用

发布时间:2020-04-17 作者:家庭乱伦专区

1引言

中化弘润石油化工有限公司作为世界500强的中国中化集团旗下的控股子公司,是全国守合同重信用企业、中国石油化工百强企业、山东省百强企业、潍坊市重点骨干企业。目前公司拥有140万吨/年渣油延迟焦化装置、120万吨/年加氢—2.3万方制氢联合装置、60万吨/年汽油加氢装置、日处理量1万余吨现代化大型污水处理装置等。公司的原油年加工能力达到600万吨,综合加工能力800万吨以上,原料油及成品油的罐储能力达到80万吨。

延迟焦化是一种石油二次加工技术,是指以贫氢的重质油为原料,在高温(约500℃)进行深度的热裂化和缩合反应,生产富气、粗汽油、柴油、蜡油和焦炭的技术。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一,处理能力占渣油处理能力的三分之一。

现场焦化装置配置两台辐射进料泵,一用一备,平均一年运行7800h单台3900h。正常生产需要根据焦化炉内的压力和流量进行频繁的调节其原料进料流量。由于调节阀前后具有很大的压力差,通过调节阀调节进焦化炉辐射段的进料流量,大量能量就消耗在调节阀节流上,操纵不稳定,调节阀冲洗十分严重,造成维修费用居高不下,为减少电能浪费,降低生产成本,用户决定使用变频进行调节,还有辐射进料泵承担着向加热炉辐射段输送热渣油的重任,因此该泵出现任何异常,装置都有可能停工。因此必须选用可靠性高的变频装置对设备进行改造。经过多方考察,比较性价比,决定选用92福利视频电子科技股份有限公司生产的JD-BP38-560F高压变频器2套对焦化辐射进料泵进行改造,改造取得了成功。

2 辐射进料泵原系统现状

辐射进料泵(P102AB)给焦化炉供应原料,辐射进料泵流程如图1所示。辐射进料泵(P102AB)拖动电机功率为450kW,额定电流为 31.6A,具体参数如表1、表2所示。


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图1 辐射进料泵流程图

 

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由于生产原料的限制,该装置实际处理量低于设计处理量,按设计处理量的1.4倍选配辐射泵,使该泵的实际流量比其最低设计流量还小。在低流量下运行时,泵内液体的流动状况将发生改变,泵的运行工况劣化,致使轴承和机械密封寿命急剧降低,噪声加剧,故障率升高。正常操作时泵的出口压力为4.7MPa,加热炉前(调节阀后)压力为0.6MPa,即可满足系统要求。可见,有大量的能量消耗在调节阀上,况且有时只有一台炉子进行生产,进行变频改造,节约能源势在必行。

3风光JD-BP38-560F高压变频器系统

改造选用风光JD-BP38-560F高压变频器2台、配置自动旁路柜。2台两台辐射进料泵分别配置1台高压变频器,采用“一拖一”变频控制。
3.1风光JD-BP38-560F变频器参数

风光JD-BP38-560F变频器参数如表3所示。

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3.2  风光JD-BP38系列高压变频器技术特点

风光牌JD-BP38系列高压变频器以高速DSP为控制核心,采用无速度矢量控制技术、功率单元串联多电平技术,属高-高电压源型变频器,其谐波指标远小于IEEE519-1992的谐波标准,输入功率因数高,输出波形质量好,不必采用输入谐波滤波器、功率因数补偿装置和输出滤波器;不存在谐波引起的电机附加发热和转矩脉动、噪音、输出dv/dt、共模电压等问题,可以使用普通的异步电机。风光高压变频器被评为中国名牌产品。具体来说,风光高压变频器除具有一般普通变频器的性能外,还具有以下突出特点:

(1)采用高速DSP作为中央处理器,运算速度更快,控制更精准。

(2)矢量控制技术,通过测量和控制交流电动机定子电流矢量,根据磁场定向原理分别对交流电动机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制交流电动机转矩的目的。启动转矩大,转矩动态响应快,调速精度高,带负载能力强。

(3)快速飞车启动功能。能够识别电机的速度并在电机不停转的情况下直接起动。在变频器受到负载冲击保护后可对其自动复位,然后再自动启动,即可避免重要场合(如水泥厂高温风机)变频保护停机造成的损失。快速飞车启动技术可实现变频器在0.1s之内从保护状态复位重新带载运行。

(4)工频/变频无扰切换技术。现在的高压变频调速系统一般设置工频旁路切换柜,变频器发生故障时能使高压电机转至工频运行,旁路切换有手动旁路和自动旁路切换两种型式,手动旁路需人工操作,适应于无备用装置或不重要的运行工况,自动旁路可在变频器发生故障后直接自动转换至工频运行。亚洲影院免费公司提供的自动旁路切换柜,不仅可实现变频故障情况下自动由变频转换至工频运行状态,还可实现在变频检修完毕后由工频瞬间转换至变频运行的功能,整个转换过程不会对用户设备的运行造成任何影响。

(5)电网瞬时掉电重启技术,电网瞬间掉电可自动重启,可提供最长60s的等待时间。

(6)线电压自动均衡技术(星点漂移技术)。变频器某相有单元故障后,为了使线电压平衡,传统的处理方法是将另外两相的电压也降至与故障相相同的电压,而线电压自动均衡技术通过调整相与相之间的夹角,在相电压输出最大且不相等的前提下保证最大的线电压均衡输出。

(7)振荡抑制技术,电机轻载或者空载的时候会出现局部不稳定现象,这时电流幅值波动很大,电流的振荡有可能会导致系统因为过流或过压而触发保护。日本摘花视频公司采用优越的电流算法,有效地抑制电流的振荡,保证系统稳定可靠的工作。

(8)多机主从控制技术,变频器具备主从控制功能,多台变频器之间可通过数据总线组成主从控制网络。将其中的一台设为主机,其他设为从机,主机实时采集各从机的状态信息,同时发送给各从机频率、转矩指令,实现各台变频器的功率平衡和综合控制。该技术适用于皮带机、摩擦式提升机等需要功率平衡控制的场合。

(9)输出电压自动稳压技术,变频器实时检测各单元母线电压,根据母线电压调整输出电压,从而实现自动稳压功能。避免电网波动对输出电压的影响。

(10)故障单元热复位技术,若单元在运行中故障,且变频器对其旁路继续运行,此时可在运行中对故障单元进行复位,不必等变频器停机。

(11)单元直流电压检测:实时显示检测系统的直流电压,从而实现输出电压的优化控制,降低谐波含量,保证输出电压的精度,提升系统控制性能,并可使保证运行维护人员实现对功率单元运行状况的全面把握。

(12)具备突发相间短路保护功能。如果由于设备原因及其他原因造成输出短路,此时如果变频器不具备相间短路保护功能,将会导致重大事故。变频器在发生类似问题时能够立即封锁变频器输出,保护设备不受损害,避免事故的发生。

(13)限流功能:当变频器输出电流超过设定值,变频器将自动限制电流输出,避免变频器在加减速过程中或因负载突然变化而引起的过流保护,最大限度减少停机次数。

(14)多种控制方式,可选择本机控制、远控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通讯协议频率设定可以现场给定、通讯给定等支持频率预设、加减速功能。

4 改造后辐射进料泵控制方式

项目实施过程中技术人员以满足装置加工量和焦化炉平稳运行为根本,积极与工艺、设备人员进行技术沟通,制定控制方案,做好DCS系统组态程序,并考虑到两台焦化炉并列运行,制定如下控制方案:

(1)对两台辐射进料泵(P102AB)进行改造,采用一拖一自动控制。

(2)通过变频器控制柜上的“远程/本地”切换开关实现就地启动和远程启动,改造前后操作方式基本不变,只增加了就地启动功能,为保证装置生产的连续性,当变频器出现故障时,可以切换到工频运行,仍利用原来的调节阀进行调节。

(3)从DCS组态程序中增加一套操作程序,DCS输出两个4~20mA的直流信号控制变频器的输出频率,从而分别调节P102AB的两个电机转速,控制泵出口压力,利用原调节阀来平衡进炉料的流量。

5变频改造主回路

为防止变频器检修或故障对生产的影响,本次采用的JD-BP38-560F型高压变频器采用“一拖一”控制方式,配置自动工频旁路,主回路接线如图2所示。

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图2  自动旁路柜

图2旁路柜在变频器进、出线端增加了两个隔离刀闸,以便在变频器退出而电机运行于旁路时,能安全地进行变频器的故障处理或维护工作。

旁路柜主要配置:三个真空接触器(KM1、KM2、KM3)和两个刀闸隔离开关K1、K2。KM2与KM3实现电气互锁,当KM1、KM2闭合,KM3断开时,电机变频运行;当KM1、KM2断开,KM3闭合时,电机工频运行。另外,KM1闭合时,K1操作手柄被锁死,不能操作;KM2闭合时,K2操作手柄被锁死,不能操作。

电机工频运行时,若需对变频器进行故障处理或维护,切记在KM1、KM2分闸状态下,将隔离刀闸K1和K2断开。

合闸闭锁:将变频器“合闸允许”信号串联于KM1、KM2合闸回路。在变频器故障或不就绪时,真空接触器KM1、KM2合闸不允许;在KM1、KM2合闸状态下,若变频器出现故障,则“合闸允许”断开,KM1、KM2跳闸,分断变频器高压输入电源。

旁路投入:将变频器“旁路投入”信号并联于KM3合闸回路。变频运行状态下,若变频器出现故障且自动投入允许,或者需要将电机从变频投入到工频状态运行(按下“工频投切”按钮),系统将首先分断变频器高压输入、输出开关KM1和KM2,经过一定延时后,“旁路投入”闭合,即工频旁路开关KM3合闸,电机投入电网工频运行。同时采用阀门的开度控制进炉原料流量,满足生产工艺需求。

保护:保持原有对电机的保护及其整定值不变。

利用原有DCS控制系统的预留点,将高压变频器有关信号接入原有DCS控制系统,实现了远方/就地控制功能。当高压变频器出现故障时,将故障信息发送给DCS,以便于及时排除故障。

6焦化辐射泵变频改造运行情况

6.1 节能情况

改造完成后,高压变频器于2009年11月12日一次投入使用,至今运行正常。焦化装置运行稳定的情况下,加工量为146t/h,原料配比和性质稳定,使泵输送介质的工况相对稳定,泵的运行情况良好,能够满足生产工艺要求。为检验改造效果,以P102A泵为例,对该泵改造前后运行数据进行统计,如表4所示。节电效果十分明显。操作压力明显降低。

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改造后,进料泵电机的电流由31A下降到16.2A,功率因数0.86提高到0.97,每小时节约功率为189.6kW,每年按3900h,每kW•h按0.5元计算,则年节电为:

节电量=189.6 kW×3900h×0.5元/kW•h=369720元,两台泵一年可节省电费730000元。

6.2其他收益

未改造之前纯粹靠调节阀调节进炉原料流量,调节阀开度在25%~40%之间造成大量的能量浪费,改造后,调节阀基本全开,系统压力由4.7Mpa下降到2.5Mpa左右,大大减少了介质度设备的冲蚀,延长了系统设备的使用寿命,初步估算,由于冲蚀磨损的减少,加热炉进料调节阀、前后手阀等有关阀门的使用寿命大大增加,仅此一项,年可节约设备更换费用约15万元。此外,降低了因磨损造成的阀门关闭不严、管线弯头等出现漏点给生产带来的不利影响,以及不安全因素。为装置长期安全生产提供了有力保证,安全效益巨大。

7结束语

在石化行业焦化风机、泵上应用变频调速技术,不仅解决了生产工艺中存在的问题,而且降低了生产成本,提高了设备运行安全性,取得了良好的经济效益和社会效益。随着我国“十二五”对节能减排工作的日益重视,变频器用于石化行业的风机、泵类等设备节电效果显著,而且性能稳定、可靠性高,具有重要的推广意义。