西門子變頻器在化肥氣化爐渣油進料泵的應用

中國石化集團公司九江石油化工總廠 汪學峰

1 引言

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，主要有常減壓蒸餾、重油催化裂化、催化重整、加氫精制、延遲焦化、合成氨、尿素、聚丙烯、硫磺回收等60多套生產裝置，具有650萬t/a原油綜合加工能力。九江石化公司保障了江西省及周邊地區成品油市場供應，為發展農業生產、石油化工產業提供了有力支撐，上繳稅費一直位居江西省工業企業前列。

九江石化公司努力挖潛增效、優化生產運行，依靠科技進步實現節能降耗。為了降低設備能耗和故障率，該公司應用和推廣變頻調速節能高新技術，對具有節能潛力的風機、泵和壓縮機配套的驅動電機進行變頻調速節能改造。

近幾年來，西門子變頻器等自動化設備在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產裝置推廣應用，先后對化肥渣油進料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風機、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，降低電氣設備的能耗和故障率，提高了企業的經濟效益，推進了石油化工企業節能降耗、降本增效和可持續健康發展。

據統計，九江石化公司應用西門子變頻器對風機、水泵進行變頻調速節能技術改造，平均投資回收期約1.6年，每臺設備平均節電率40%，節約電能效果明顯，每年可節約電費、設備維修費和材料費500多萬元。

2 氣化爐渣油進料泵原系統分析

2.1 渣油進料泵主要技術參數

九江石化公司30萬t/a合成氨裝置采用荷蘭殼牌（Shell）渣油氣化制氨專利技術，渣油進料泵A-GA101是該公司化肥廠合成氨裝置的重要設備，其作用是將減壓渣油、脫油瀝青等原料輸送到2臺單爐產氨500t/d的殼牌氣化爐制氫。

渣油進料泵的驅動電機為德國西門子電動機，機泵主要技術參數：電動機功率（P）75kW，轉速（n）2982r/min，額定電壓（U）380V，額定電流（I）140A，額定出口流量（Q）28.52m3/h。

2.2 渣油進料泵原系統運行中存在的問題

渣油進料泵原系統采用儀表控制系統控制出口閥門的方法控制介質流量，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，從而控制出口介質流量，以保持流量穩定。

渣油進料泵儀表控制系統信號滯后，調節閥故障率高，控制精度低，出口介質流量波動大；出口閥門的節流量較大，接近泵額定流量的50%，浪費了大量的電能；電機運行時產生機械振蕩，且振動值一直較高；電動機一直工作在額定轉速，出力不變，消耗電能；電動機運行噪聲較大；泵和管線閥門承受的壓力較大，經常造成機械密封損壞，導致介質泄漏；減壓渣油、脫油瀝青等原料介質粘稠，經常造成泵打不上量；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械密封或者檢修機泵，影響了渣油進料泵長周期運行，嚴重制約化肥裝置安全穩定生產。

3 西門子變頻器在合成氨氣化爐渣油進料泵的工業應用方案

2009年6月，九江石化公司利用化肥裝置檢修的時機，選用西門子公司成套變頻設備，對3臺渣油進料泵（2臺運行、1臺備用）的驅動電機進行變頻優化節能改造。

3.1 變頻調速節能原理

應用電機變頻調速節能技術控制風機、泵類負載是一種先進、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%。

西門子變頻調速器還可以實現大型電動機的軟起動和軟停機，避免了電動機起動電流對電力系統的沖擊，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，從而實現了電動機、風機、泵類設備的經濟運行。變頻調速節能原理矢量圖見圖1。

用西門子變頻器代替儀表調節閥，實現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。渣油進料泵及驅動電機各項運行參數都在正常范圍之內，電機實現了軟啟動，減小了大電機啟動對電網的沖擊，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，泵端面機械密封系統不易損壞，有效延長了機泵軸承、機械密封等易損件的使用壽命。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，機泵故障率大幅降低，減少了設備維護工作量，從而提高了設備運行的安全可靠性。

3.2 渣油進料泵變頻技術改造后取得的效果

渣油進料泵經過變頻技術投入運行后，西門子變頻器運行安全可靠，自動化程度高，流量控制精度高，工藝運行平穩。西門子變頻器的加速和減速時間可根據工藝要求調節，調速性能極好。由于西門子變頻器的調節信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統信號滯后現象，解決了由于調節閥故障高給生產帶來的影響，從而使系統控制精度提高，工藝運行指標得到了優化，管網壓力穩定，機泵故障率大幅降低，提高了化肥裝置生產過程的安全性和可靠性。渣油進料泵連續運行1年多，只進行了1次常規中修，實現了機泵的長周期運行，滿足了大型化肥生產裝置長周期、連續生產各種嚴格的工藝技術指標。

3.3 渣油進料泵變頻技術改造的節能效益

渣油進料泵變頻調速技術改造后，節能效果顯著，取得了良好的經濟效益。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×臺數＝70%×75kW×8000h×2臺＝840000kW/h；節約電費：節電量×電價＝840000kW/h×0.6元/kW/h＝504000元＝50.4萬元，該項目投資75萬元，投資回收期約1.5年。

4 對西門子的幾點建議

雖然，目前西門子變頻器已廣泛應用于石油石化、煤炭、紡織、印刷、電子設備、制藥、起重、新能源、電力等各個領域的工業控制。九江石化公司等一批國內領先的大型石油化工企業，已實現了變頻調速技術的初步普及，且取得了良好的節能效果。但是，變頻調速節能技術應用的深度還不夠，市場潛力仍然巨大。對此，筆者認為西門子還應抓好以下幾個環節的工作：

（1）成套設備制造環節。要根據石油化工行業特點的需要，研發制造成套變頻設備，在電力拖動系統大力推廣和應用變頻技術，進一步優化和完善系統配置，取得理想的節能降耗效果，達到提高企業經濟效益的目的。（2）工程設計環節。堅持同時設計、同時制造、同時訂貨、同時施工、同時投用的“五同時”原則，推進變頻節能技術的推廣普及。（3）工業應用環節。積極推廣應用變頻節能技術，使其成為石油化工行業機泵電力控制的主要技術之一，對具有節能潛力的風機、泵和壓縮機配套的驅動電機進行變頻調速節能改造，實現節電降耗的目的。（4）技術研發環節。根據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。

5 結束語

石油化工行業是國民經濟的支柱產業，同時也是高能耗、高污染行業。在政府大力提倡低碳經濟，盡可能地減少石油、煤炭等高碳能源消耗，鼓勵和支持企業調整經濟結構，推廣高新技術，提高能源利用效益，實現節能減排目標，并且在資金上給予很多優惠政策的引導下，為化肥工業等高能耗行業產業轉型，開展科技創新、技術改造、節能降耗開辟了新的途徑。

西門子變頻器以其顯著的節能效果，安全、易控，優質、無級、平滑調速，高精度控制工藝參數，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。

實踐證明，應用變頻調速技術是石油化工等高能耗行業挖潛改造、節能降耗、降本增效的有效途徑，是石油化工企業履行節能減排社會責任、實現可持續發展的戰略需要，必將成為石油化工工業電力拖動的中樞設備，具有重要的推廣意義。

[1]張燕賓.變頻器應用教程[M].北京:機械工業出版社,2007.

[2]陳偉.機泵選用[M].北京:化學工業出版社,2009.

[3]趙全慶.變頻調速技術在煉油廠節能改造設計中的應用[J].石油化工設計,2006,23(3):38-40.