1.項(xiàng)目背景
海南裂化1#共有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，分別為400kw（引）/314kw（鼓） -6kv。這些風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是按最大額定負(fù)荷設(shè)計(jì)的，而風(fēng)機(jī)一年中能在最大額定負(fù)荷段狀態(tài)下運(yùn)行的時(shí)間卻很少，其中，1 #單元兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，全年時(shí)間運(yùn)行都在60%的負(fù)荷段上。
由于受設(shè)計(jì)和制造技術(shù)條件的影響，電廠(chǎng)主要用電設(shè)備如：鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給水泵等高能耗設(shè)備，其輸出功率不能隨機(jī)組負(fù)荷變化而變化，為了滿(mǎn)足負(fù)載對(duì)變化風(fēng)量的要求，我們傳統(tǒng)工藝一直采用調(diào)整風(fēng)道檔板開(kāi)度的辦法，這種辦法能夠改變和調(diào)整風(fēng)量，卻無(wú)法調(diào)整驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和按比例節(jié)能，造成了工業(yè)生產(chǎn)中能源的大量浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的上升。造成很大部分能量消耗在節(jié)流損失中。因此對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，無(wú)疑將促進(jìn)裂化行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，降低成本，提高我國(guó)石油企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。
2.現(xiàn)場(chǎng)條件概述及改造要求
2.1 現(xiàn)場(chǎng)條件概述
4#現(xiàn)有的引鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)參數(shù)如下：
風(fēng)機(jī)名稱(chēng) 電機(jī)型號(hào) 額定電壓 額定電流 額定功率 功率因數(shù) 額定轉(zhuǎn)數(shù)
引風(fēng)機(jī) YB450M2-6W 6kV 48.7A 400kW 0.85 990 r/m
鼓風(fēng)機(jī) YB450S3-6W 6kV 38.3A 315kW 0.85 990 r/m
為了降低生產(chǎn)成本，降低能耗，適應(yīng)我國(guó)關(guān)于能源節(jié)約與資源綜合利用“十五”規(guī)劃的要求，采用低消耗、低排放、高效率的持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，應(yīng)用變頻節(jié)能技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)工藝的技術(shù)缺憾。我單元申請(qǐng)把挖潛節(jié)能降耗的工作提到議事日程中，從技術(shù)改造著手，尋求節(jié)能降耗的途徑和辦法。
針對(duì)以上能源浪費(fèi)的現(xiàn)象，采用高壓變頻調(diào)速技術(shù)隊(duì)裂化場(chǎng)中要用電設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行技術(shù)改造，是我單元節(jié)能降耗提高競(jìng)價(jià)上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的有效途徑。
2.2改造要求
1. 工藝要求：各根據(jù)負(fù)載需求，實(shí)現(xiàn)0～50Hz的無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)速。
2. 控制方式要求：遠(yuǎn)程控制和就地手動(dòng)控制。
3. 先進(jìn)性要求：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿(mǎn)足未來(lái)數(shù)字化油田所需的各種數(shù)據(jù)傳輸和在線(xiàn)監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理等功能；
4. 可靠性要求：在系統(tǒng)本身高可靠性的前提下應(yīng)增加變頻器旁路自動(dòng)切換，手動(dòng)自動(dòng)切換；
5. 適應(yīng)能力要求：系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿(mǎn)足未來(lái)3-5年內(nèi)由于石油產(chǎn)量變化所引起的風(fēng)量波動(dòng)，即系統(tǒng)對(duì)風(fēng)量的調(diào)整裕度要足夠大。
6. 節(jié)能要求：要求改造總投資回收期不得超過(guò)三年。
7. 安全要求：系統(tǒng)各種電氣保護(hù)功能齊全，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)防腐及其他要求；
8. 環(huán)保要求：滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)國(guó)外對(duì)電網(wǎng)諧波污染的通用標(biāo)準(zhǔn)。
3.實(shí)施的改造方案
3.1 變頻器的選型方案
由于高壓變頻改造所實(shí)施的具體方案與變頻器的選型有直接的關(guān)系,所以我公司首先進(jìn)行了變頻器的選型考察，經(jīng)過(guò)仔細(xì)認(rèn)真地比較，最后意大利圣諾產(chǎn)品——高壓變頻器以其優(yōu)良的質(zhì)量，齊全的技術(shù)性能和周到的售后服務(wù)，贏得了我方的認(rèn)可。
3.2 主回路方案
根據(jù)我公司風(fēng)機(jī)負(fù)荷的重要性，我們決定采用的變頻控制為一拖一方案，就是一臺(tái)變頻器帶一臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)。為了增加運(yùn)行的可靠性和安全性，又增設(shè)了工頻旁路回路。具體的設(shè)計(jì)方案如圖1所示：
圖1：一次主回路接線(xiàn)圖
圖2：高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
QF為用戶(hù)的真空斷路器，QS1、QS2、QS3為3臺(tái)高壓隔離刀閘。在QS1和QS2之間是高壓變頻器，QS3為旁路刀閘。當(dāng)電機(jī)需變頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)首先將QS3拉開(kāi)，然后合QS1和QS2刀閘，最后再合真空斷路器QF使變頻器得電并啟動(dòng)變頻器以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)需工頻運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將QS1和QS2刀閘拉開(kāi)，將QS3旁路刀閘合入，最后合真空斷路器QF以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工頻運(yùn)行。此運(yùn)行方式為變頻器故障或檢修等特殊情況下用工頻來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行的備用工作方式。
上述方案為手動(dòng)旁路的典型方案，要求QS2和QS3不能同時(shí)閉合，并在機(jī)械上實(shí)現(xiàn)安全互鎖。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)故障變頻器的保護(hù)，變頻器故障狀態(tài)下發(fā)出跳閘指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的高壓真空斷路器QF進(jìn)行連鎖跳閘，以使變頻器斷開(kāi)電源。同時(shí)三把刀閘都與斷路器QF電氣互鎖，只有在斷路器分離時(shí)才能操作刀閘，保證了安全操作。
3.3 控制方案
變頻器采用三種控制方案，分別是遠(yuǎn)程DCS閉環(huán)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程DCS開(kāi)環(huán)手動(dòng)控制和就地手動(dòng)控制。
3.4 冷卻方案
變頻器的工作過(guò)程是將交流電整流成直流電，再將直流逆變成交流的過(guò)程。在這一過(guò)程中，電子功率器件自身要發(fā)出一定的熱量（2%），這些熱量會(huì)使設(shè)備的溫度不斷上升，并燒損設(shè)備本身。為了使變頻器正常穩(wěn)定工作，就必須將變頻器發(fā)出的熱量及時(shí)排散掉。因此變頻器冷卻問(wèn)題對(duì)變頻器運(yùn)行的穩(wěn)定十分重要。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的研究，我們采用了最簡(jiǎn)單、最有效、最穩(wěn)定的冷卻方案——自然風(fēng)冷方案。就是在變頻器頂部安裝一個(gè)總風(fēng)道，用這個(gè)風(fēng)道將變頻器自身頂部的冷卻風(fēng)機(jī)從室內(nèi)吸入的自然空氣所帶的變頻器內(nèi)部熱量不斷地排放到室外。這種方案只做一個(gè)風(fēng)道，不增加任何轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，因此簡(jiǎn)單可靠，故障因素少。經(jīng)過(guò)在40℃室溫條件下做滿(mǎn)載散熱能力試驗(yàn)，結(jié)果變頻器的溫度最高到68℃，與設(shè)計(jì)的最高溫升140度相比，結(jié)果是非常理想的。
4.技術(shù)可行性論證
4.1變頻器節(jié)能原理
風(fēng)機(jī)節(jié)電原理
空氣流量∝風(fēng)機(jī)速度
空氣流量與風(fēng)機(jī)速度成正比例
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)方式：
N=n0（1-s）=60f（1-s）/p
可見(jiàn)，如果要調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，可從下面三個(gè)參數(shù)入手：
1、改變定子繞組的極對(duì)數(shù)p
2、改變供電電源的頻率f
3、改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s
電機(jī)的極對(duì)數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s一旦確定，就不能連續(xù)調(diào)整，由此可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)調(diào)節(jié)電源頻率來(lái)達(dá)到。
變頻器器調(diào)節(jié)電源頻率—調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速—調(diào)節(jié)流量
4．2其他要求及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析
1）控制方式：可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制/操作臺(tái)控制；
2）先進(jìn)性 ：系統(tǒng)完全能滿(mǎn)足未來(lái)各種數(shù)據(jù)傳輸和在線(xiàn)監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理等功能；
3）可靠性：在系統(tǒng)本身高可靠性的前提下增設(shè)變頻器旁路自動(dòng)切換，手動(dòng)自動(dòng)切換裝置，按“一拖一”方案運(yùn)行。
4）適應(yīng)能力：系統(tǒng)設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足未來(lái)3-5年內(nèi)由于石油產(chǎn)量變化所引起的風(fēng)量波動(dòng)；
5）安全要求：系統(tǒng)各種電氣保護(hù)功能齊全，同時(shí)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)防腐及其他要求；
6）環(huán)保要求：滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)國(guó)外對(duì)電網(wǎng)諧波污染的通用標(biāo)準(zhǔn)。
5.經(jīng)濟(jì)可行性論證
5．1節(jié)能及投入產(chǎn)出效益計(jì)算：
1#單元-400kW+315kW，6Kv
機(jī)械種類(lèi)：風(fēng)機(jī)
工礦運(yùn)行環(huán)境參數(shù)：
全年運(yùn)行時(shí)間：24小時(shí)＊365天，負(fù)載情況如下：
風(fēng)機(jī)的運(yùn)行模式： 風(fēng)量60%：年運(yùn)行時(shí)間的100%
工礦現(xiàn)場(chǎng)電費(fèi)：0.5元/度
6.改造效果預(yù)測(cè)及結(jié)論
6.1 改造后的工藝效果
4單元鼓、引風(fēng)機(jī)高壓變頻進(jìn)行改造后，將原風(fēng)道中用開(kāi)度大小來(lái)調(diào)整風(fēng)道風(fēng)量的檔板開(kāi)到了100%。這樣大大減小了風(fēng)的阻力損耗。另外完全改變了風(fēng)在管道中的振動(dòng)頻率，由于風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在變頻狀態(tài)下工作，工作頻率在不斷的變化中，使風(fēng)道的固有共振頻率很難與工作頻率一致，從而避免了共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，解決了風(fēng)道在工頻狀態(tài)下振動(dòng)大的問(wèn)題。這樣風(fēng)道時(shí)常被振開(kāi)裂的難題被自然解決了。
6.2 改造后對(duì)電網(wǎng)的沖擊效果
當(dāng)電機(jī)通過(guò)工頻直接啟動(dòng)時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生7-8倍的電機(jī)額定電流。這個(gè)電流值將大大增加電機(jī)繞組的電應(yīng)力并產(chǎn)生熱量，從而降低電機(jī)的壽命。而采用變頻后，電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，可以在零速零電壓?jiǎn)?dòng)（當(dāng)然可以適當(dāng)加轉(zhuǎn)矩提升），直到達(dá)到工作電流為止。一旦頻率和電壓的關(guān)系建立，變頻器就可以按照V/f或矢量控制方式帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行工作，對(duì)電網(wǎng)幾乎沒(méi)有沖擊。
6.3 改造后的維護(hù)強(qiáng)度效果
采用變頻調(diào)速后，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)基本工作在10Hz到50Hz的頻率范圍內(nèi)，與工頻50Hz相比，降低了風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外啟動(dòng)時(shí)的緩慢升速過(guò)程也使整套風(fēng)機(jī)機(jī)械設(shè)備的零部件、密封和軸承等的使用壽命大大延長(zhǎng)。不用檔板調(diào)風(fēng)，調(diào)風(fēng)檔板的使用壽命大大延長(zhǎng)，使檢修維護(hù)工作量減少，更降低了檢修工作強(qiáng)度和費(fèi)用。
