台达变频器在化肥气化炉渣油进料泵的应用

本文介绍了台达变频器在中国石化股份公司九江石化公司大型化肥装置气化炉渣油进料泵的变频节能改造工业应用情况,节能效果显著,取得了良好的经济效益,机泵故障率大幅降低,从而实现了电动机、泵类设备的经济运行,提高了化肥装置生产过程的安全性和可靠性。

1 引言

中国石化股份有限公司九江石化公司是江西省内唯一的炼油、化肥、化工配套生产的国有特大型石油化工联合企业,是中国石化在中部地区、长江沿江的重要炼化企业之一,主要有常减压蒸馏、重油催化裂化、催化重整、加氢精制、延迟焦化、合成氨、尿素、聚丙烯、硫磺回收等60多套生产装置,具有650万t/a原油综合加工能力。九江石化保障了江西省及周边地区成品油市场供应,为发展农业生产、石油化工产业提供了有力支撑,上缴税费一直位居江西省工业企业前列。

九江石化公司依靠科技进步和技术创新,通过优化生产运行和管理挖潜增效,缩减投资以低成本发展,对现有炼化装置进行升级配套改造,从而实现炼化企业节能减排、降耗增效。为了降低设备能耗和故障率,该公司应用和推广变频调速节能高新技术,对具有节能潜力的风机、泵和压缩机配套的驱动电机进行变频调速节能改造。

近几年来,台达变频器等自动化设备在九江石化公司炼油、化工、化肥等生产装置推广应用,先后对化肥气化炉渣油进料泵、液氨输送泵、常减压加热炉鼓风机、原油输送泵、聚丙烯造粒机组、热电锅炉排粉风机等生产装置重要机泵驱动电机,进行了变频调速节能改造,均取得了较好的节能效果,降低电气设备的能耗和故障率,提高了企业的经济效益,推进了石油化工企业节能降耗、降本增效和可持续健康发展。

据统计,九江石化公司应用台达变频器对风机、水泵进行变频调速节能技术改造,平均投资回收期约1.6年,每台设备平均节电率40%,节约电能效果明显,每年可节约电费、设备维修费和材料费500多万元。

2 气化炉渣油进料泵原系统分析

2.1 渣油进料泵主要技术参数

九江石化公司30万t/a合成氨装置采用荷兰壳牌(Shell)渣油气化制氨专利技术,渣油进料泵A-GA101是该公司化肥厂合成氨装置的重要设备,其作用是将减压渣油、脱油沥青等原料输送到2台单炉产氨500t/d的壳牌气化炉制氢。

3台渣油进料泵的驱动电机均为德国西门子电动机,机泵主要技术参数:电动机功率(P)75kW,转速(n)2982r/min,额定电压(U)380V,额定电流(I)140A,额定出口流量(Q)28.52m³/h。

2.2 渣油进料泵原系统运行中存在的问题

渣油进料泵原系统采用仪表控制系统控制出口阀门的方法控制介质流量,即差压变送器检测流量信号送至PID调节器,再由PID调节器输出控制信号,控制出口调节阀的开度,从而控制出口介质流量,以保持流量稳定。

渣油进料泵仪表控制系统信号滞后,调节阀故障率高,控制精度低,出口介质流量波动大;出口阀门的节流量较大,接近泵额定流量的50%,浪费了大量的电能;电机运行时产生机械振荡,且振动|倾斜传感器值一直较高;电动机一直工作在额定转速,出力不变,消耗电能;电动机运行噪声较大;泵和管线阀门承受的压力较大,经常造成机械密封损坏,导致介质泄漏;减压渣油、脱油沥青等原料介质粘稠,经常造成泵打不上量;设备故障率高,维修工作量大,基本上2~3个月就要检修更换机械密封或者检修机泵,影响了渣油进料泵长周期运行,严重制约化肥装置安全稳定生产。

3 台达变频器在合成氨气化炉渣油进料泵的工业应用方案

2009年6月,九江石化公司利用化肥装置检修的时机,选用台达电子集团公司中达电通股份有限公司成套变频设备,对3台渣油进料泵(2台运行、1台备用)的驱动电机进行变频优化节能改造。

3.1 变频调速节能原理

应用电机变频调速节能技术控制风机、泵类负载是一种先进、科学的控制方法。利用变频器内置的PID调节软件,可以根据工艺负荷精确地自动调节电动机输出频率和转速,保持恒定的水压、风压,满足生产装置工艺系统要求的压力。实际应用证明,当电机在额定转速的80%运行时,节能效率可以达到40%。

变频调速器还可以实现大型电动机的软起动和软停机,避免了电动机起动电流对电力系统的冲击,降低了运行电流,不仅减少了电动机、机泵和阀门设备故障率,延长其使用寿命,而且节约电能效果显著,从而实现了电动机、风机、泵类设备的经济运行。变频调速节能原理矢量图见图1。

图1变频调速节能原理矢量图

用变频器代替仪表调节阀,实现自动控制电动机转速来控制介质流量,使机泵出口阀处于全开状态,扬程与管网阻力特性曲线相吻合,电动机降速运行,电动机运行电流明显降低。渣油进料泵及驱动电机各项运行参数都在正常范围之内,电机实现了软启动,减小了大电机启动对电网的冲击,电机轴承运行温度不超过60℃,振动、轴位移符合相关技术标准要求,机泵运行时的机械振荡、振动值大幅降低,轴承等机械部件磨损减少,避免了泵的抽空现象,泵端面机械密封系统不易损坏,有效延长了机泵轴承、机械密封等易损件的使用寿命。由于出口阀全开,电动机降速运行,使得管网压力下降,减少了工艺设备的泄漏,机泵故障率大幅降低,减少了设备维护工作量,从而提高了设备运行的安全可靠性。

3.2 渣油进料泵变频技术改造后的取得的效果

渣油进料泵经过变频技术投入运行后,台达变频器运行安全可靠,自动化程度高,流量控制精度高,工艺运行平稳。变频器的加速和减速时间可根据工艺要求调节,调速性能极好。由于台达变频器的调节信号有高速传递性,减少了以前仪表控制系统信号滞后现象,解决了由于调节阀故障高给生产带来的影响,从而使系统控制精度提高,工艺运行指标得到了优化,管网压力稳定,机泵故障率大幅降低,提高了化肥装置生产过程的安全性和可靠性。渣油进料泵连续运行1年多,只进行了1次常规中修,实现了机泵的长周期运行,满足了大型化肥生产装置长周期、连续生产各种严格的工艺技术指标。

3.3 渣油进料泵变频技术改造的节能效益

渣油进料泵变频调速技术改造后,节能效果显著,取得了良好的经济效益。节电率达到70%,按年运行8000h计算,2台渣油进料泵年节约电量:节电率×电动机工频功率×工作时间×台数=70%×75kW×8000h×2台=840000kW•h;节约电费:节电量×电价=840000kW•h×0.6元/kW•h=504000元=50.4万元,该项目投资75万元,投资回收期约1.5年。

4 对台达的几点建议

虽然,目前台达变频器已广泛应用于石油石化、纺织、印刷、电子设备、制药、起重、新能源、电力等各个领域的工业控制。九江石化公司等一批国内领先的石油化工企业,已实现了变频调速技术的初步普及,且取得了良好的节能效果。但是,变频调速节能技术应用的深度还不够,市场潜力仍然巨大。对此,笔者认为台达还应抓好以下几个环节的工作:

(1)成套设备制造环节。要根据石油化工行业特点的需要,研发制造成套变频设备,在电力拖动系统大力推广和应用变频技术,进一步优化和完善系统配置,取得理想的节能降耗效果,达到提高企业经济效益的目的。

(2)工程设计环节。坚持同时设计、同时制造、同时订货、同时施工、同时投用的“五同时”原则,推进变频节能技术的推广普及。

(3)工业应用环节。积极推广应用变频节能技术,使其成为石油化工行业机泵电力控制的主要技术之一,对具有节能潜力的风机、泵和压缩机配套的驱动电机进行变频调速节能改造,实现节电降耗的目的。

(4)技术研发环节。根据石油化工行业和其他行业的需求,进一步开发、丰富变频调速技术与产品,使之系列化、标准化、高技术化,为石油化工企业提供更好的变频器和成套技术系统。

5 结束语

石油化工行业是国民经济的支柱产业,同时也是高能耗、高污染行业。在政府大力提倡低碳经济,尽可能地减少石油、煤炭等高碳能源消耗,鼓励和支持企业调整经济结构,推广高新技术,提高能源利用效益,实现节能减排目标,并且在资金上给予很多优惠政策的引导下,为化肥工业等高能耗行业产业转型,淘汰落后工艺、采用先进工艺,开展科技创新、技术改造、节能降耗开辟了新的途径。

台达变频器以其显著的节能效果,安全、易控,优质、无级、平滑调速,高精度控制工艺参数,投资回收期短等优势,越来越广泛地应用在石油化工行业的多种与工艺设备配套的电力拖动设备中。

实践证明,应用变频调速技术是石油化工等高能耗行业挖潜改造、节能降耗、降本增效的有效途径,是石油化工企业履行节能减排社会责任、实现“绿色低碳”可持续发展的战略需要,必将成为石油化工工业电力拖动的中枢设备,具有重要的推广意义。

参考文献

[1]张燕宾.变频器应用教程[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]陈伟.机泵选用[M].北京:化学工业出版社,2009.

作者简介:汪学峰,(1978年-),男,汉族,江西南昌市人,大学本科,工程师。现工作于中国石化集团公司九江石油化工总厂,长期从事设备管理工作。

作者:汪学峰

工作单位:中国石化集团公司九江石油化工总厂

通讯地址:江西省九江市滨江东路228号九江石化公司检安公司

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