正和集团120万吨焦化辐射进料泵变频节能改造

1 概述
　　近年来国家倡导节能减排，我公司积极响应国家节能增效的政策，节能产品在我公司得到了大量推广，集团公司2006年新上焦化装置的两台辐射进料泵通过调节阀调节进焦化炉辐射段的进料流量，调节阀正常开度在30%左右，大量能量消耗在调节阀节流上。调节阀前压力高达3.8Mpa,操作极不稳定，且调节阀冲刷十分严重，正常使用寿命为1.5个月左右，造成极大维修成本，为减少电能浪费，节约成本，集团公司决定对焦化辐射进料料泵进行节能改造。

　　目前市场上高压变频器产品较多，变频调节类型多种多样，国外产品价格相对较高，正和集团在节约成本的策略前提下，考虑到某些国产高压变频器设备水平已接近国际水平，能满足运行要求，集团公司根据掌握的变频器资料，公开招标，进行性价比比较，结果山东新风光电子科技发展有限公司生产的JD-BP37-500F型高压变频调速器胜出。

2 风光高压变频器的性能及结构
2.1 风光JD-BP37系列高压变频器优势和特点
　　风光JD-BP37系列高压变频器与国内外同类产品比较，在产品功能设计、产品质量保障措施、系统安全设计和服务方面，具有以下优势和特点：
1）输入、输出谐波含量低，输入功率因数高。无须滤波器和功率因数补偿，可直接驱动电机；
2）系统控制电源采用220VAC和高压主电源降压隔离后双路供电，系统运行更可靠、操作更简便。可在无高压电的情况下检测变频器的输出及各点波形，便于调试、检修及操作人员陪训；
3）冷却风机采用高压主电源降压后直接驱动，风机仅在上高压电且变频器开机后运行，避免了冷却风机启、停时对控制系统的影响；
4）更适应于国内电网条件，变频器工作电压范围为UN+15～-20%；
5）瞬时停电保护功能。当主电源失电后，变频器控制电机处于发电状态运行，为单元电容充电，并为单元控制电源供电，直至主电源恢复，变频器回到原运行状态。瞬时停电时间典型值为3秒（具体时间可以根据用户的系统而定），超过3秒变频器则保护，检查停电原因，以免变频继续运行而引起事故；
6）限流功能。避免启动或负载突然变化时，使变频器输出电流过大而导致保护动作；
7）操作平台采用全中文WIN系统，运行稳定，且易学易用；
8）完善的上位机控制功能。可与DCS系统实现通讯或I/O方式硬连接；
9）主要器件均采用世界一流厂商的成熟产品，产品从元器件至半成品及成品，均实现100%的严格测试。各系列产品出厂前均完成100%72小时以上负载测试记录，确保产品的可靠性；
10）系统运行安全可靠性设计方面，公司拥有独享专利技术：一种使电解电容延长一倍使用寿命的装置。

2.2二次回路及控制
　　控制系统由控制器，PLC和人机界面组成。控制器由三块光纤板，一块信号板，一块主控板和一块电源板组成。
光纤板通过光纤与功率单元传递数据信号，每块光纤板控制一相的所有单元。光纤板周期性向单元发出脉宽调制（PWM）信号或工作模式。单元通过光纤接收其触发指令和状态信号，并在故障时向光纤板发出故障代码信号。
　　主控板采用高速单片机，完成对电机控制的所有功能，采用正弦波载波移相方式产生脉宽调制的三相电压指令。通过RS232通讯口与人机界面主控板进行交换数据，提供变频器的状态参数，并接受来人机界面主控板的参数设置。
　　人机界面为用户提供友好的全中文操作界面，负责信息处理和与外部的通讯联系，可选上位监控而实现变频器的网络化控制。通过主控板和PLC采集的数据，计算出电流、电压、功率、运行频率等运行参数，提供记录功能，并实现对电机的过载、过流进行报警和保护。通过RS232通讯口与主控板连接，通过RS485通讯口与PLC连接，实时监控变频器系统的状态。
　　PLC用于变频器内部开关信号以及现场操作信号和状态信号的逻辑处理，增强了变频器现场应用的灵活性。PLC有处理4路模拟量输入和2路模拟量输出的能力，模拟量输入用于处理来自现场的流量、压力等模拟信号或模拟设置时的设置信号；模拟输出量是频率给定信号。其系统结构如图1示。由移相变压器，功率单元和控制器组成。风光6KV高压变频器，变压器有15组付边绕组，分为5个功率单元/相，三相共15个单元，采用30脉冲整流，输入端的谐波成分远低于国标规定。

图1 高压变频调速系统的结构图

图2 主界面

参数设置界面：

图3 参数设置界面

3 改造过程简介

图4 辐射进料泵流程图

　　辐射进料泵流程图如图4所示。辐射进料泵（P1202）给焦化炉供应原料，辐射进料泵（P1202ＡＢ）牵引电机型号为YAKK450，输出功率为500KW，额定电流为 48A，因工艺需要，泵选型为嘉利特荏原泵业有限公司生产的TDF250-120＊5，泵扬程为565米，出口压力P1为4.8Mpa,调节阀前压力P2为3.8Mpa,原料流经调节阀后压力P2为1.7Mpa,可见，有大量的能量消耗在调节阀上，况且有时只有一台炉子进行生产，进行变频改造，节约能源势在必行。
　　项目实施过程中技术人员以满足装置加工量和焦化炉平稳运行为根本，积极与工艺、设备人员进行技术沟通，制定控制方案，做好DCS系统组态程序，并考虑到两台路子并列运行，制定如下控制方案：
1）两台辐射进料泵（P1202/AB）只对B泵进行改造，既节省投资，又增加装置操作安全性。
2）通过变频器控制柜上的“远程/本地”切换开关实现就地启动和远程启动，改造前后操作方式基本不变，只增加了就地启动功能，为保证装置生产的连续性，当变频器出现故障时，可以切换到工频运行，仍利用原来的调节阀进行调节。
3）从DCS组态程序中增加一套手动操作程序，人为地输出一个4—20mA的直流信号控制变频器的输出频率，从而调节P1202B的电机转速，控制泵出口压力P1，利用原调节阀来平衡四路炉子进料流量。变频器一次侧及二次侧接线图如5所示。

图5 变频器一次侧及二次侧接线图

4　改造前后能耗对比
　　装置运行稳定的情况下，加工量为50吨/小时，未经改造前吨油单耗电仅此泵就为8.155KW/h，改造后开一台炉子，吨油单耗电为2.442KW/h，开两台炉子加工量为100吨/小时，吨油单耗电为1.649KW/h，节电效果十分明显。操作压力明显降低。

工 频（一台焦化炉）

变 频（一台焦化炉）

变 频（两台焦化炉）

　　由上可以看出加工量越大，吨油单耗电越低。

　　投资回收期经测算，6-7个月可收回成本。

5总结
　　未改造之前纯粹靠调节阀调节进炉原料流量，调节阀开度在20-35%之间造成大量的能量浪费，调节阀前后压差高达2.7Mpa,生产过程中流量波动大，调节质量差，炉出口温度波动大，难以控制，调节性能不好，影响产品质量和收率。而且调节阀本身冲刷严重，堆焊司太莱硬质合金的阀芯组件正常使用寿命也只有1.5个月左右，产生大量的维修费用，经变频改造后进炉原料量主要靠变频控制，调节阀开度在90%左右，只起到平衡四路流量的作用，流量控制稳定，炉出口温度调节平稳，调节质量明显提高。调节阀冲刷基本消除，大大延长了调节阀使用寿命。未改造之前原料系统操作压力高达4.8MPa,原料为380——-400摄氏度的高温渣油，易燃易爆，极易发生泄漏，生产中存在很大的安全隐患，改造后系统操作压力降至2.0Mpa,大大提高了装置运行的安全性。
　　新风光的高压变频投用以来，运行稳定，便于操作，受到了操作工人的称赞，减少了维修工人的劳动量。这次改造取得了很好的效果，节能环保；降低系统压力，安全得到保障；减少了调节阀冲刷、有效地降低机泵配件（轴承、机械密封、叶轮）磨损，减少了维修费用；变频软启动避免了直接启动对公司电网的冲击；这次改造开了焦化装置辐射进料泵变频运行的先河，给全国焦化装置树立了典范，在石化行业做出了榜样。这一成果荣获中国化工集团公司“五小”成果三等奖。期。