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1引言

中化弘潤(rùn)石油化工有限公司作為世界500強(qiáng)的中國(guó)中化集團(tuán)旗下的控股子公司，是全國(guó)守合同重信用企業(yè),、中國(guó)石油化工百?gòu)?qiáng)企業(yè),、山東省百?gòu)?qiáng)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(xiàn)代化大型污水處理裝置等,。公司的原油年加工能力達(dá)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(chǔ)能力達(dá)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(yīng),，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(xiàn)場(chǎng)焦化裝置配置兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵，一用一備,，平均一年運(yùn)行7800h單臺(tái)3900h,。正常生產(chǎn)需要根據(jù)焦化爐內(nèi)的壓力和流量進(jìn)行頻繁的調(diào)節(jié)其原料進(jìn)料流量。由于調(diào)節(jié)閥前后具有很大的壓力差,，通過(guò)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)焦化爐輻射段的進(jìn)料流量,，大量能量就消耗在調(diào)節(jié)閥節(jié)流上，操縱不穩(wěn)定,，調(diào)節(jié)閥沖洗十分嚴(yán)重,，造成維修費(fèi)用居高不下，為減少電能浪費(fèi),，降低生產(chǎn)成本,，用戶決定使用變頻進(jìn)行調(diào)節(jié)，還有輻射進(jìn)料泵承擔(dān)著向加熱爐輻射段輸送熱渣油的重任,，因此該泵出現(xiàn)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(duì)設(shè)備進(jìn)行改造,。經(jīng)過(guò)多方考察,，比較性價(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(duì)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(tǒng)現(xiàn)狀

輻射進(jìn)料泵（P102AB）給焦化爐供應(yīng)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(jī)功率為450kW,，額定電流為 31.6A,，具體參數(shù)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(shè)計(jì)處理量，按設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量還小,。在低流量下運(yùn)行時(shí)，泵內(nèi)液體的流動(dòng)狀況將發(fā)生改變,，泵的運(yùn)行工況劣化,，致使軸承和機(jī)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(diào)節(jié)閥后）壓力為0.6MPa,，即可滿足系統(tǒng)要求,。可見(jiàn),，有大量的能量消耗在調(diào)節(jié)閥上,，況且有時(shí)只有一臺(tái)爐子進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)行變頻改造,，節(jié)約能源勢(shì)在必行,。

3風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器系統(tǒng)

改造選用風(fēng)光JD-BP38-560F高壓變頻器2臺(tái)、配置自動(dòng)旁路柜,。2臺(tái)兩臺(tái)輻射進(jìn)料泵分別配置1臺(tái)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(shù)

風(fēng)光JD-BP38-560F變頻器參數(shù)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(biāo)小于IEEE519-1992的諧波標(biāo)準(zhǔn)，輸入功率因數(shù)高,，輸出波形質(zhì)量好,，不必采用輸入諧波濾波器、功率因數(shù)補(bǔ)償裝置和輸出濾波器,；不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱和轉(zhuǎn)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(jī),。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(yùn)算速度更快，控制更精準(zhǔn),。

(2)矢量控制技術(shù)，通過(guò)測(cè)量和控制交流電動(dòng)機(jī)定子電流矢量,，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制,，從而達(dá)到控制交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,，轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,，調(diào)速精度高，帶負(fù)載能力強(qiáng),。

(3)快速飛車啟動(dòng)功能,。能夠識(shí)別電機(jī)的速度并在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下直接起動(dòng)。在變頻器受到負(fù)載沖擊保護(hù)后可對(duì)其自動(dòng)復(fù)位,，然后再自動(dòng)啟動(dòng),，即可避免重要場(chǎng)合（如水泥廠高溫風(fēng)機(jī)）變頻保護(hù)停機(jī)造成的損失?？焖亠w車啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)變頻器在0.1s之內(nèi)從保護(hù)狀態(tài)復(fù)位重新帶載運(yùn)行,。

(4)工頻/變頻無(wú)擾切換技術(shù)。現(xiàn)在的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般設(shè)置工頻旁路切換柜,，變頻器發(fā)生故障時(shí)能使高壓電機(jī)轉(zhuǎn)至工頻運(yùn)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(yīng)于無(wú)備用裝置或不重要的運(yùn)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(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行。新風(fēng)光公司提供的自動(dòng)旁路切換柜,，不僅可實(shí)現(xiàn)變頻故障情況下自動(dòng)由變頻轉(zhuǎn)換至工頻運(yùn)行狀態(tài),，還可實(shí)現(xiàn)在變頻檢修完畢后由工頻瞬間轉(zhuǎn)換至變頻運(yùn)行的功能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程不會(huì)對(duì)用戶設(shè)備的運(yùn)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(zhǎng)60s的等待時(shí)間,。

(6)線電壓自動(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，為了使線電壓平衡,，傳統(tǒng)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,，而線電壓自動(dòng)均衡技術(shù)通過(guò)調(diào)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電壓均衡輸出。

(7)振蕩抑制技術(shù),，電機(jī)輕載或者空載的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)局部不穩(wěn)定現(xiàn)象,，這時(shí)電流幅值波動(dòng)很大，電流的振蕩有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)因?yàn)檫^(guò)流或過(guò)壓而觸發(fā)保護(hù),。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(tǒng)穩(wěn)定可靠的工作,。

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

(9)輸出電壓自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù),，變頻器實(shí)時(shí)檢測(cè)各單元母線電壓,，根據(jù)母線電壓調(diào)整輸出電壓，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓功能,。避免電網(wǎng)波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響,。

(10)故障單元熱復(fù)位技術(shù)，若單元在運(yùn)行中故障,，且變頻器對(duì)其旁路繼續(xù)運(yùn)行,，此時(shí)可在運(yùn)行中對(duì)故障單元進(jìn)行復(fù)位，不必等變頻器停機(jī),。

(11)單元直流電壓檢測(cè)：實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)系統(tǒng)的直流電壓,，從而實(shí)現(xiàn)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(tǒng)控制性能，并可使保證運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)功率單元運(yùn)行狀況的全面把握,。

(12)具備突發(fā)相間短路保護(hù)功能,。如果由于設(shè)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(hù)功能，將會(huì)導(dǎo)致重大事故,。變頻器在發(fā)生類似問(wèn)題時(shí)能夠立即封鎖變頻器輸出,，保護(hù)設(shè)備不受損害，避免事故的發(fā)生,。

(13)限流功能：當(dāng)變頻器輸出電流超過(guò)設(shè)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(fù)載突然變化而引起的過(guò)流保護(hù),，最大限度減少停機(jī)次數(shù),。

(14)多種控制方式，可選擇本機(jī)控制,、遠(yuǎn)控盒控制,、DCS控制支持MODBUS、PROFIBUS等通訊協(xié)議頻率設(shè)定可以現(xiàn)場(chǎng)給定,、通訊給定等支持頻率預(yù)設(shè)、加減速功能,。

4 改造后輻射進(jìn)料泵控制方式

項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中技術(shù)人員以滿足裝置加工量和焦化爐平穩(wěn)運(yùn)行為根本,，積極與工藝、設(shè)備人員進(jìn)行技術(shù)溝通,，制定控制方案,，做好DCS系統(tǒng)組態(tài)程序，并考慮到兩臺(tái)焦化爐并列運(yùn)行,，制定如下控制方案：

（1）對(duì)兩臺(tái)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(yuǎn)程/本地”切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)就地啟動(dòng)和遠(yuǎn)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(xù)性,，當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),，可以切換到工頻運(yùn)行，仍利用原來(lái)的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié),。

（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(hào)控制變頻器的輸出頻率，從而分別調(diào)節(jié)P102AB的兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速,，控制泵出口壓力,，利用原調(diào)節(jié)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(duì)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),、出線端增加了兩個(gè)隔離刀閘,，以便在變頻器退出而電機(jī)運(yùn)行于旁路時(shí)，能安全地進(jìn)行變頻器的故障處理或維護(hù)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(xiàn)電氣互鎖，當(dāng)KM1,、KM2閉合,，KM3斷開(kāi)時(shí)，電機(jī)變頻運(yùn)行,；當(dāng)KM1,、KM2斷開(kāi)，KM3閉合時(shí),，電機(jī)工頻運(yùn)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(jī)工頻運(yùn)行時(shí),，若需對(duì)變頻器進(jìn)行故障處理或維護(hù),，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(hào)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(xiàn)故障,，則“合閘允許”斷開(kāi),，KM1、KM2跳閘，分?jǐn)嘧冾l器高壓輸入電源,。

旁路投入：將變頻器“旁路投入”信號(hào)并聯(lián)于KM3合閘回路,。變頻運(yùn)行狀態(tài)下，若變頻器出現(xiàn)故障且自動(dòng)投入允許,，或者需要將電機(jī)從變頻投入到工頻狀態(tài)運(yùn)行（按下“工頻投切”按鈕）,，系統(tǒng)將首先分?jǐn)嘧冾l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(jī)投入電網(wǎng)工頻運(yùn)行,。同時(shí)采用閥門的開(kāi)度控制進(jìn)爐原料流量，滿足生產(chǎn)工藝需求,。

保護(hù)：保持原有對(duì)電機(jī)的保護(hù)及其整定值不變,。

利用原有DCS控制系統(tǒng)的預(yù)留點(diǎn)，將高壓變頻器有關(guān)信號(hào)接入原有DCS控制系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方/就地控制功能,。當(dāng)高壓變頻器出現(xiàn)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(yùn)行情況

6.1 節(jié)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(yùn)行正常。焦化裝置運(yùn)行穩(wěn)定的情況下,，加工量為146t/h,，原料配比和性質(zhì)穩(wěn)定，使泵輸送介質(zhì)的工況相對(duì)穩(wěn)定,，泵的運(yùn)行情況良好,，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求。為檢驗(yàn)改造效果,，以P102A泵為例,，對(duì)該泵改造前后運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4所示,。節(jié)電效果十分明顯,。操作壓力明顯降低。

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

節(jié)電量=189.6 kW×3900h×0.5元/kW?h=369720元，兩臺(tái)泵一年可節(jié)省電費(fèi)730000元,。

6.2其他收益

未改造之前純粹靠調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)爐原料流量,，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度在25%～40%之間造成大量的能量浪費(fèi)，改造后,，調(diào)節(jié)閥基本全開(kāi),，系統(tǒng)壓力由4.7Mpa下降到2.5Mpa左右，大大減少了介質(zhì)度設(shè)備的沖蝕,，延長(zhǎng)了系統(tǒng)設(shè)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(diào)節(jié)閥,、前后手閥等有關(guān)閥門的使用壽命大大增加，僅此一項(xiàng),，年可節(jié)約設(shè)備更換費(fèi)用約15萬(wàn)元,。此外，降低了因磨損造成的閥門關(guān)閉不嚴(yán),、管線彎頭等出現(xiàn)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(zhǎng)期安全生產(chǎn)提供了有力保證,，安全效益巨大,。

7結(jié)束語(yǔ)

在石化行業(yè)焦化風(fēng)機(jī)、泵上應(yīng)用變頻調(diào)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(shè)備運(yùn)行安全性,，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。隨著我國(guó)“十二五”對(duì)節(jié)能減排工作的日益重視，變頻器用于石化行業(yè)的風(fēng)機(jī),、泵類等設(shè)備節(jié)電效果顯著,，而且性能穩(wěn)定、可靠性高,，具有重要的推廣意義,。