摘要：簡要介紹了中國石化股份有限公司九江石化公司電機變頻調速節能技術工業應用情況，并且列舉了渣油進料泵、液氨輸送泵和加熱爐鼓風機的變頻節能改造應用實例。實踐證明，應用電機變頻調速，不僅減少了電動機、機泵和閥門等設備的故障率，延長其使用壽命，而且節約電能效果顯著，從而實現了電動機、風機、泵類設備的經濟運行，提高了企業的經濟效益和社會效益，推進了石油化工企業節能降耗、降本增效和可持續性發展。

　　關鍵詞：石油化工；變頻調速；節能降耗

　　引言

　　在石油化工企業生產過程中，電動機是應用最廣和數量最多的電氣設備之一，其大部分是風機、水泵類負載。早期設計的煉化裝置機泵設備一般未考慮使用變頻器，但是也并非所有機泵設備都適合使用變頻器。首先要考慮工藝要求的功能，其次是經濟效益。一般而言，風機、水泵類負載大多是根據滿負荷工作需用量來設計選型，都留有10%以上的較大余量。此外，隨著生產裝置加工量、物料性質等工況的變化，實際需求功率也產生變化，流量、液面、壓力等工藝參數經常隨工況的改變而改變，實際應用中風機、水泵大部分工作時間并非處于滿負荷運行狀態，原來的電機恒速和機泵恒壓恒流設計則導致電能浪費；采用傳統方法是通過調節出口或入口的擋板、管路閥門及調節閥開度來調節流量、液面等工藝參數，定速機泵輸出功率被工藝物流吸收作有用功的僅占30%～40%，而60%～70%的電能消耗在擋板、閥門節流壓降上，造成極大的電能損失和浪費。機泵節能的根本問題在于如何使控制方案與實際負荷相匹配，在控制過程中降低閥門阻力，提高系統效率，這就為石油化工行業應用變頻調速節能技術提供了廣闊的發展領域。
　　
　　運用變頻調速節能技術，變頻調速器直接控制風機、泵類負載是一種最科學的控制方法，利用變頻器內置的PID調節軟件，可以根據工藝負荷精確地自動調節電動機輸出頻率和轉速，保持恒定的水壓、風壓，滿足生產裝置工藝系統要求的壓力。實際應用證明，當電機在額定轉速的80%運行時，節能效率可以達到40%。變頻調速器還可以實現大型電動機的軟起動和軟停機，避免了電動機起動時對電力系統的電壓沖擊，降低了運行電流，不僅減少了電動機、機泵和閥門設備故障率，延長其使用壽命，而且節約電能效果顯著，可以取得較好的經濟效益，從而實現了電動機、風機、泵類設備的經濟運行。其節能原理矢量圖見圖1。

圖1  節能原理矢量圖

　　中國石化股份有限公司九江石化公司是江西省內唯一的煉油、化肥、化工配套生產的國有特大型石油化工聯合企業，是中國石化長江沿江主要煉化企業之一，有50多套生產裝置，擁有650萬t/a原油綜合加工能力、30萬t/a合成氨、52萬t/a尿素、10萬t/a聚丙烯、3萬t/a硫磺生產能力，產品主要保障江西市場供應。該公司積極應對國際金融危機，努力挖潛增效，優化生產運行，依靠科技進步實現節能降耗。為了降低電氣設備的能耗和故障率，該公司積極開展科技攻關、技術改造，應用和推廣電機變頻調速節能高新技術，有計劃地組織對重要生產裝置的關鍵電氣設備變頻調速進行系統優化配置和完善。幾年來，富士、東芝、西門子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號的進口變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產裝置廣泛推廣應用，先后對化肥渣油進料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風機、催化解析塔進料泵、延遲焦化溶劑泵、原油輸送泵、聚丙烯造粒機組、熱電鍋爐排粉風機等生產裝置重要機泵驅動電機，進行了變頻調速節能改造，均取得了較好的節能效果，提高了企業的經濟效益，推進了企業節能降耗、降本增效和可持續性發展。

　　據不完全統計，九江石化公司已經投入資金5000多萬元用于風機、水泵變頻調速節能技術改造，平均投資回收期約2年。截止2009年11月底，九江石化公司已投入運行的變頻調速器有462臺，總裝機容量達到16000 KW。若按每臺設備平均節電率40%計算，則每年至少可節約電能4200萬KWh，每年僅節約電費一項就達2500多萬元，節約設備維修費、材料費100多萬元。

　　1  變頻調速技術在化肥裝置渣油進料泵的應用

　　渣油進料泵A-GA101是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的重要設備，將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進料泵為德國西門子電動機，功率75kW，轉速2982r/min，額定電壓380V，額定電流140A，額定出口流量28.52m?/h。原系統采用控制出口閥門的方法進行控制，即差壓變送器檢測流量信號送至PID調節器，再由PID調節器輸出控制信號，控制出口調節閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩定。原系統運行中存在以下問題：節流量較大，泵出口閥的節流量已接近泵額定流量的一半，浪費大量的電能；控制精度低，出口流量波動較大；電機工作在額定轉速，出力不變消耗電能；電機噪音較大，泵和管線閥門壓力較大，易造成泄漏。

　　2008年5月，九江石化公司利用化肥裝置檢修的時機，選用德國西門子（siemens）公司成套變頻設備，對3臺渣油進料泵（2臺運行、1臺備用）進行變頻優化節能改造。投入運行后工藝控制平穩，由于變頻器的高精度調節，調節信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統帶來的滯后現象，從而使系統控制精度提高，壓力穩定，工藝運行指標得到了優化。節能效果顯著，節電率達到70%，按年運行8000h計算，2臺渣油進料泵年節約電量:節電率×電動機工頻功率×工作時間×2臺＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；節約電費:節電量×電價=420000×0.6＝252000元。維護量大幅減少，由于出口閥全開，電動機降速運行，使得管網壓力下降，減少了工藝設備的泄漏，降低了機泵磨損，降低了電機的溫升，設備維護周期延長。由于變頻器代替了調節閥，解決了由于調節閥故障高給生產帶來的影響，使設備的維護量減少。系統實現了軟起動，由于變頻器具有軟起動功能，減小了電機起動時對電網的沖擊。變頻器投入運行1年來，運行可靠，自動化程度高，渣油進料泵流量控制精度高，可以充分滿足生產需要，節能效果顯著，取得了良好的經濟效益。

　　2  變頻調速技術在化肥裝置液氨輸送泵6KV高壓電動機的應用

　　液氨輸送泵T－GA101A是九江石化公司30萬t/a合成氨裝置的關鍵設備，將生產的液態合成氨輸送到8000m?氨罐儲存，該泵采用日本富士高壓電動機，機泵關鍵技術參數為：電機功率160KW，轉速2975r/min，額定電壓6KV，額定電流220A，介質密度675.6kg/m?，流量91.4m?/h，無負偏差，進口壓力0.01～0.08MPa，進口溫度-33℃，出口壓力2.6MPa，額定揚程362m。

　　液氨輸送泵為立式離心泵，采用機械密封，由于電機長時間連續運轉，負載波動大，電機運行時產生機械振蕩，振動值一直較高，加之液氨腐蝕性較強，經常造成機封損壞出現氨泄露，液氨很容易吸熱氣化，造成泵體氣蝕，打不上量。設備故障率高，維修工作量大，基本上2～3個月就要檢修更換機封，影響了設備的長周期運行和裝置的安全平穩生產。

　　2008年9月份，九江石化公司對液氨輸送泵進行變頻節能改造，采用了日本富士6KV 、160KW的高壓變頻調速系統進行變頻節能技術改造，通過電氣、儀表、工藝、設備各專業人員密切配合，保證了液氨輸送泵變頻改造后安全可靠地投入運行。實現了靠自動控制電動機轉速來控制介質流量，使機泵出口閥處于全開狀態，揚程與管網阻力特性曲線相吻合，電動機降速運行，電動機運行電流明顯降低。氨輸送泵及驅動電機各項運行參數都在正常范圍之內，電機實現了軟起動，減小了大電機起動對電網的沖擊，電機軸承運行溫度不超過60℃，振動、軸位移符合相關技術標準要求，機泵運行時的機械振蕩、振動值大幅降低，軸承等機械部件磨損減少，避免了泵的抽空現象，泵端面密封系統不易損壞，有效延長了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命，減少了工藝設備的泄漏，機泵故障率大幅降低，提高了設備運行的安全可靠性，設備維護工作量減少，連續運行1年多進行常規中修，實現了機泵的長周期運行。變頻調速器的加速和減速時間可根據工藝要求調節，最快可達0.2s。調速范圍從0.5～100%，調速精度達0.5%，機械特性硬，調速性能極好。液氨輸送泵變頻閉環自動控制時可用原有儀表信號，能滿足化肥生產裝置長周期、連續生產各種嚴格的工藝技術要求。液氨輸送泵變頻調速節能技術改造獲得了良好的節能效果，節電率達到60%，年節電50多萬KWh。為煉油化工裝置應用推廣6kV高壓電機變頻節能技術積累了經驗，使之成為石油化工企業節能降耗的亮點。

　　3  變頻調速技術在煉油裝置鼓風機的應用

　　加熱爐鼓風機是九江石化公司500萬t/a常減壓裝置加熱爐煙氣回收系統的重要設備，風機輸出功率為185kW，原設計是通過調節風門擋板實現風量調節，設備運行能耗長期居高不下。為提高加熱爐煙氣回收系統工藝自動化控制水平，節約電能，提高經濟效益，2009年3月份，九江石化公司在煉油裝置停工檢修期間對其進行變頻節能改造，采用風機變頻調速系統取代低效率、高能耗的風門擋板節流控制。選用日本東芝公司專用于平方減轉矩負載的A5P系列變頻器。該變頻器采用最新智能絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊和東芝獨特矢量運算控制，有良好的技術性能。其主要特點有：新的電流限制功能，當機泵超負荷時，通過抑制轉矩來限制過電流，使變頻器不跳閘，機泵繼續運轉；電壓反饋控制功能，當電源電壓變化時，可瞬時補償輸出電壓、保證變頻器穩定運行；學習加減速功能，根據負荷狀態自動調整最合適的加減速時間，方便設備調試；自動節電運行方式功能，在確保負荷所需轉矩的條件下，將電流降到最小，自動節電運行；內置工頻/變頻切換時序電路，保證石油化工流程工業裝置生產的連續性和可靠性，可以方便切換、互為備用。

　　加熱爐鼓風機經過變頻節能改造投用后，變頻調速器操作安全平穩，具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護功能，實現了風量壓閉回路自動調節控制。驅動電機可以實現軟起動和無級調整轉速，消除了電機起動時6倍的沖擊電流，避開機械共振點及運轉噪音，風機運行的振動值大幅降低，避免了鼓風機運行時的機械振蕩，大大降低了設備故障率，延長了機械負載的運轉壽命，減輕了設備維修工作量，節能效果明顯。變頻器運轉方式靈活多樣，操作方便，操作人員只需調節變頻器面板上的電位器旋鈕即可手動調整風量。變頻器可以手動控制也可以完全實現自動控制，并且可與加熱爐煙氣回收系統自動控制裝置進行電氣、儀表連鎖，實現加熱爐的自動保護及計算機控制，不會因鼓風機突發事故影響裝置安全生產。根據工藝負荷自動調節鼓風機電機輸出頻率，在約20Hz時運行，電機運行電流從原來的220A降至90A，可以同時滿足常減壓裝置2臺加熱爐的供風量，該臺設備節電效率達到60%，據測算每年可節約電費60萬元。

　　4  結束語

　　石化產業是國民經濟的支柱產業，同時也是高能耗、高污染行業。多年來，我國政府大力提倡、鼓勵和支持企業推廣高新技術實現節能減排目標，并且在資金上給予了很多優惠政策，為石油化工等高能耗行業進行節能降耗改造開辟了新的途徑。為應對國際金融危機的影響，落實黨中央、國務院關于保增長、擴內需、調結構的總體要求，確保石化產業穩定發展，國家編制出臺《石化產業調整和振興規劃》，《規劃》中提出：“堅持加快技術改造與推進自主創新相結合。加大引進技術的消化吸收力度，推動產業技術進步。加大技術進步與技術改造投入，設立石化產業振興和技術改造專項。”雖然企業對節能技術改造項目進行了較大的投資，但是節能項目投用后的未來收益卻是巨大的。不僅降低了企業對節能項目投資風險，而且使企業設備技術升級、降低了運行成本。

　　目前，變頻調速技術已經在石油化工行業的不同領域、不同深度得到了推廣和應用，中國石化股份公司九江石化公司等一批領先的石油化工企業還實現了變頻調速技術的初步普及。但是，變頻調速節能技術應用還不夠廣泛，潛力仍然巨大。我認為，還要抓好幾個環節：一是成套設備制造環節，要根據需要，在電力拖動系統大力應用變頻調速技術；二是工程設計環節，設計師是工程應用變頻調速等高新技術的先導，對成熟技術要堅持同時設計、同時訂貨、同時施工、同時投用的“四同時”原則，推進變頻節能技術的推廣普及；三是應用環節，作為石油化工企業的管理者、操作者、運行維護者，都要學習新技術、引進新技術、推廣新技術、更好的使用新技術，讓變頻節能技術作為石油化工行業機泵電力控制的主要技術之一，實現節電降耗的目的；四是研發環節，要根據國民經濟的發展需要，石油化工行業和其他行業的需求，進一步開發、豐富變頻調速技術與產品，使之系列化、標準化、高技術化，為石油化工企業提供更好的變頻器和成套技術系統，讓節電、節能進一步落實到石油化工生產的全流程，在取得明顯節能效果的基礎上，保證石油化工企業安全平穩運行。

　　變頻調速技術以其顯著的節能效果、安全易控、優質無級平滑調速、高精度地控制工藝參數、投資回收期短等優勢，越來越廣泛地應用在石油化工行業的多種與工藝設備配套的電力拖動設備中，必將成為石油化工電力拖動的中樞設備。應用變頻調速技術也是石油化工等高能耗行業改造挖潛、增加效益的有效途徑，同時也是國民經濟實現可持續發展的戰略需要。現階段我國電力等能源供應缺口仍然很大，供需矛盾突出，在加快電力建設速度的同時，石油化工企業應該積極依靠科技進步，應用和推廣變頻調速等節能高新技術，提高企業的經濟效益和社會效益，不斷提升企業的核心競爭力，推進企業節能降耗、降本增效，實現石油化工工業的可持續發展。