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1引言

中化弘潤石油化工有限公司作為世界500強的中國中化集團旗下的控股子公司，是全國守合同重信用企業(yè)、中國石油化工百強企業(yè)、山東省百強企業(yè)、濰坊市重點(diǎn)骨干企業(yè)。目前公司擁有140萬(wàn)噸/年渣油延遲焦化裝置、120萬(wàn)噸/年加氫—2.3萬(wàn)方制氫聯(lián)合裝置、60萬(wàn)噸/年汽油加氫裝置、日處理量1萬(wàn)余噸現代化大型污水處理裝置等。公司的原油年加工能力達到600萬(wàn)噸，綜合加工能力800萬(wàn)噸以上，原料油及成品油的罐儲能力達到80萬(wàn)噸。

延遲焦化是一種石油二次加工技術(shù)，是指以貧氫的重質(zhì)油為原料，在高溫（約500℃）進(jìn)行深度的熱裂化和縮合反應，生產(chǎn)富氣、粗汽油、柴油、蠟油和焦炭的技術(shù)。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一，處理能力占渣油處理能力的三分之一。

現場(chǎng)焦化裝置配置兩臺輻射進(jìn)料泵，一用一備，平均一年運行7800h單臺3900h。正常生產(chǎn)需要根據焦化爐內的壓力和流量進(jìn)行頻繁的調節其原料進(jìn)料流量。由于調節閥前后具有很大的壓力差，通過(guò)調節閥調節進(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)料流量，大量能量就消耗在調節閥節流上，操縱不穩定，調節閥沖洗十分嚴重，造成維修費用居高不下，為減少電能浪費，降低生產(chǎn)成本，用戶(hù)決定使用變頻進(jìn)行調節，還有輻射進(jìn)料泵承擔著(zhù)向加熱爐輻射段輸送熱渣油的重任，因此該泵出現任何異常，裝置都有可能停工。因此必須選用可靠性高的變頻裝置對設備進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)多方考察，比較性?xún)r(jià)比，決定選用新風(fēng)光電子科技股份有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-560F高壓變頻器2套對焦化輻射進(jìn)料泵進(jìn)行改造，改造取得了成功。

2 輻射進(jìn)料泵原系統現狀

輻射進(jìn)料泵（P102AB）給焦化爐供應原料，輻射進(jìn)料泵流程如圖1所示。輻射進(jìn)料泵（P102ＡＢ）拖動(dòng)電機功率為450kW，額定電流為 31.6A，具體參數如表1、表2所示。

圖1 輻射進(jìn)料泵流程圖

由于生產(chǎn)原料的限制，該裝置實(shí)際處理量低于設計處理量，按設計處理量的1.4倍選配輻射泵，使該泵的實(shí)際流量比其最低設計流量還小。在低流量下運行時(shí)，泵內液體的流動(dòng)狀況將發(fā)生改變，泵的運行工況劣化，致使軸承和機械密封壽命急劇降低，噪聲加劇，故障率升高。正常操作時(shí)泵的出口壓力為4.7MPa，加熱爐前（調節閥后）壓力為0.6MPa，即可滿(mǎn)足系統要求。可見(jiàn)，有大量的能量消耗在調節閥上，況且有時(shí)只有一臺爐子進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)行變頻改造，節約能源勢在必行。

3風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器系統

改造選用風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器2臺、配置自動(dòng)旁路柜。2臺兩臺輻射進(jìn)料泵分別配置1臺高壓變頻器，采用“一拖一”變頻控制。
3.1風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數

風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數如表3所示。

3.2  風(fēng)光JD-BP38系列高壓變頻器技術(shù)特點(diǎn)

風(fēng)光牌JD-BP38系列高壓變頻器以高速DSP為控制核心，采用無(wú)速度矢量控制技術(shù)、功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，屬高-高電壓源型變頻器，其諧波指標小于IEEE519-1992的諧波標準，輸入功率因數高，輸出波形質(zhì)量好，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數補償裝置和輸出濾波器；不存在諧波引起的電機附加發(fā)熱和轉矩脈動(dòng)、噪音、輸出dv/dt、共模電壓等問(wèn)題，可以使用普通的異步電機。具體來(lái)說(shuō)，風(fēng)光高壓變頻器除具有一般普通變頻器的性能外，還具有以下突出特點(diǎn)：

(1)采用高速DSP作為中央處理器，運算速度更快，控制更精準。

(2)矢量控制技術(shù)，通過(guò)測量和控制交流電動(dòng)機定子電流矢量，根據磁場(chǎng)定向原理分別對交流電動(dòng)機的勵磁電流和轉矩電流進(jìn)行控制，從而達到控制交流電動(dòng)機轉矩的目的。啟動(dòng)轉矩大，轉矩動(dòng)態(tài)響應快，調速精度高，帶負載能力強。

(3)快速飛車(chē)啟動(dòng)功能。能夠識別電機的速度并在電機不停轉的情況下直接起動(dòng)。在變頻器受到負載沖擊保護后可對其自動(dòng)復位，然后再自動(dòng)啟動(dòng)，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠(chǎng)高溫風(fēng)機）變頻保護停機造成的損失。快速飛車(chē)啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現變頻器在0.1s之內從保護狀態(tài)復位重新帶載運行。

(4)工頻/變頻無(wú)擾切換技術(shù)。現在的高壓變頻調速系統一般設置工頻旁路切換柜，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機轉至工頻運行，旁路切換有手動(dòng)旁路和自動(dòng)旁路切換兩種型式，手動(dòng)旁路需人工操作，適應于無(wú)備用裝置或不重要的運行工況，自動(dòng)旁路可在變頻器發(fā)生故障后直接自動(dòng)轉換至工頻運行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜，不僅可實(shí)現變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉換至工頻運行狀態(tài)，還可實(shí)現在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉換至變頻運行的功能，整個(gè)轉換過(guò)程不會(huì )對用戶(hù)設備的運行造成任何影響。

(5)電網(wǎng)瞬時(shí)掉電重啟技術(shù)，電網(wǎng)瞬間掉電可自動(dòng)重啟，可提供最長(cháng)60s的等待時(shí)間。

(6)線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)（星點(diǎn)漂移技術(shù)）。變頻器某相有單元故障后，為了使線(xiàn)電壓平衡，傳統的處理方法是將另外兩相的電壓也降至與故障相相同的電壓，而線(xiàn)電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調整相與相之間的夾角，在相電壓輸出最大且不相等的前提下保證最大的線(xiàn)電壓均衡輸出。

(7)振蕩抑制技術(shù)，電機輕載或者空載的時(shí)候會(huì )出現局部不穩定現象，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì )導致系統因為過(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護。新風(fēng)光公司采用優(yōu)越的電流算法，有效地抑制電流的振蕩，保證系統穩定可靠的工作。

(8)多機主從控制技術(shù)，變頻器具備主從控制功能，多臺變頻器之間可通過(guò)數據總線(xiàn)組成主從控制網(wǎng)絡(luò )。將其中的一臺設為主機，其他設為從機，主機實(shí)時(shí)采集各從機的狀態(tài)信息，同時(shí)發(fā)送給各從機頻率、轉矩指令，實(shí)現各臺變頻器的功率平衡和綜合控制。該技術(shù)適用于皮帶機、摩擦式提升機等需要功率平衡控制的場(chǎng)合。

(9)輸出電壓自動(dòng)穩壓技術(shù)，變頻器實(shí)時(shí)檢測各單元母線(xiàn)電壓，根據母線(xiàn)電壓調整輸出電壓，從而實(shí)現自動(dòng)穩壓功能。避免電網(wǎng)波動(dòng)對輸出電壓的影響。

(10)故障單元熱復位技術(shù)，若單元在運行中故障，且變頻器對其旁路繼續運行，此時(shí)可在運行中對故障單元進(jìn)行復位，不必等變頻器停機。

(11)單元直流電壓檢測：實(shí)時(shí)顯示檢測系統的直流電壓，從而實(shí)現輸出電壓的優(yōu)化控制，降低諧波含量，保證輸出電壓的精度，提升系統控制性能，并可使保證運行維護人員實(shí)現對功率單元運行狀況的全面把握。

(12)具備突發(fā)相間短路保護功能。如果由于設備原因及其他原因造成輸出短路，此時(shí)如果變頻器不具備相間短路保護功能，將會(huì )導致重大事故。變頻器在發(fā)生類(lèi)似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出，保護設備不受損害，避免事故的發(fā)生。

(13)限流功能：當變頻器輸出電流超過(guò)設定值，變頻器將自動(dòng)限制電流輸出，避免變頻器在加減速過(guò)程中或因負載突然變化而引起的過(guò)流保護，最大限度減少停機次數。

(14)多種控制方式，可選擇本機控制、遠控盒控制、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設定可以現場(chǎng)給定、通訊給定等支持頻率預設、加減速功能。

4 改造后輻射進(jìn)料泵控制方式

項目實(shí)施過(guò)程中技術(shù)人員以滿(mǎn)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(jìn)行技術(shù)溝通，制定控制方案，做好DCS系統組態(tài)程序，并考慮到兩臺焦化爐并列運行，制定如下控制方案：

（1）對兩臺輻射進(jìn)料泵（P102AB）進(jìn)行改造，采用一拖一自動(dòng)控制。

（2）通過(guò)變頻器控制柜上的“遠程/本地”切換開(kāi)關(guān)實(shí)現就地啟動(dòng)和遠程啟動(dòng)，改造前后操作方式基本不變，只增加了就地啟動(dòng)功能，為保證裝置生產(chǎn)的連續性，當變頻器出現故障時(shí)，可以切換到工頻運行，仍利用原來(lái)的調節閥進(jìn)行調節。

（3）從DCS組態(tài)程序中增加一套操作程序，DCS輸出兩個(gè)4～20mA的直流信號控制變頻器的輸出頻率，從而分別調節P102AB的兩個(gè)電機轉速，控制泵出口壓力，利用原調節閥來(lái)平衡進(jìn)爐料的流量。

5變頻改造主回路

為防止變頻器檢修或故障對生產(chǎn)的影響，本次采用的JD-BP38-560F型高壓變頻器采用“一拖一”控制方式，配置自動(dòng)工頻旁路，主回路接線(xiàn)如圖2所示。

圖2  自動(dòng)旁路柜

圖2旁路柜在變頻器進(jìn)、出線(xiàn)端增加了兩個(gè)隔離刀閘，以便在變頻器退出而電機運行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護工作。

旁路柜主要配置：三個(gè)真空接觸器（KM1、KM2、KM3）和兩個(gè)刀閘隔離開(kāi)關(guān)K1、K2。KM2與KM3實(shí)現電氣互鎖，當KM1、KM2閉合，KM3斷開(kāi)時(shí)，電機變頻運行；當KM1、KM2斷開(kāi)，KM3閉合時(shí)，電機工頻運行。另外，KM1閉合時(shí)，K1操作手柄被鎖死，不能操作；KM2閉合時(shí)，K2操作手柄被鎖死，不能操作。

電機工頻運行時(shí)，若需對變頻器進(jìn)行故障處理或維護，切記在KM1、KM2分閘狀態(tài)下，將隔離刀閘K1和K2斷開(kāi)。

合閘閉鎖：將變頻器“合閘允許”信號串聯(lián)于KM1、KM2合閘回路。在變頻器故障或不就緒時(shí)，真空接觸器KM1、KM2合閘不允許；在KM1、KM2合閘狀態(tài)下，若變頻器出現故障，則“合閘允許”斷開(kāi)，KM1、KM2跳閘，分斷變頻器高壓輸入電源。

旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號并聯(lián)于KM3合閘回路。變頻運行狀態(tài)下，若變頻器出現故障且自動(dòng)投入允許，或者需要將電機從變頻投入到工頻狀態(tài)運行（按下“工頻投切”按鈕），系統將首先分斷變頻器高壓輸入、輸出開(kāi)關(guān)KM1和KM2，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)后，“旁路投入”閉合，即工頻旁路開(kāi)關(guān)KM3合閘，電機投入電網(wǎng)工頻運行。同時(shí)采用閥門(mén)的開(kāi)度控制進(jìn)爐原料流量，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝需求。

保護：保持原有對電機的保護及其整定值不變。

利用原有DCS控制系統的預留點(diǎn)，將高壓變頻器有關(guān)信號接入原有DCS控制系統，實(shí)現了遠方/就地控制功能。當高壓變頻器出現故障時(shí)，將故障信息發(fā)送給DCS，以便于及時(shí)排除故障。

6焦化輻射泵變頻改造運行情況

6.1 節能情況

改造完成后，高壓變頻器于2009年11月12日一次投入使用，至今運行正常。焦化裝置運行穩定的情況下，加工量為146t/h，原料配比和性質(zhì)穩定，使泵輸送介質(zhì)的工況相對穩定，泵的運行情況良好，能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。為檢驗改造效果，以P102A泵為例，對該泵改造前后運行數據進(jìn)行統計，如表4所示。節電效果十分明顯。操作壓力明顯降低。

改造后，進(jìn)料泵電機的電流由31A下降到16.2A，功率因數0.86提高到0.97，每小時(shí)節約功率為189.6kW，每年按3900h，每kW?h按0.5元計算，則年節電為：

節電量=189.6 kW×3900h×0.5元/kW?h=369720元，兩臺泵一年可節省電費730000元。

6.2其他收益

未改造之前純粹靠調節閥調節進(jìn)爐原料流量，調節閥開(kāi)度在25%～40%之間造成大量的能量浪費，改造后，調節閥基本全開(kāi)，系統壓力由4.7Mpa下降到2.5Mpa左右，大大減少了介質(zhì)度設備的沖蝕，延長(cháng)了系統設備的使用壽命，初步估算，由于沖蝕磨損的減少，加熱爐進(jìn)料調節閥、前后手閥等有關(guān)閥門(mén)的使用壽命大大增加，僅此一項，年可節約設備更換費用約15萬(wàn)元。此外，降低了因磨損造成的閥門(mén)關(guān)閉不嚴、管線(xiàn)彎頭等出現漏點(diǎn)給生產(chǎn)帶來(lái)的不利影響，以及不安全因素。為裝置長(cháng)期安全生產(chǎn)提供了有力保證，安全效益巨大。

7結束語(yǔ)

在石化行業(yè)焦化風(fēng)機、泵上應用變頻調速技術(shù)，不僅解決了生產(chǎn)工藝中存在的問(wèn)題，而且降低了生產(chǎn)成本，提高了設備運行安全性，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。隨著(zhù)我國“十二五”對節能減排工作的日益重視，變頻器用于石化行業(yè)的風(fēng)機、泵類(lèi)等設備節電效果顯著(zhù)，而且性能穩定、可靠性高，具有重要的推廣意義。