炼油厂节电降耗新途径--页岩干馏装置主风机变频调速改造

抚顺矿业集团页岩炼油厂 王力行
摘要：本文介绍了抚顺矿业集团页岩炼油厂在应用高压变频调速设备上的探索和经验，介绍了国产HARSVERT-A型高压变频装置的技术特点。通过不同工况的比较，表明页岩干馏装置主风机变频改造后的节能效果显著，并提高了设备和系统的安全可靠性。
关键词：炼油厂 主风机 变频装置 节能

一、 前言
　　在页岩干馏装置炼油工艺中，有一项重要的环节就是利用离心式风机（即：主风机）向干馏炉下部的发生段送风，目的是为干馏炉上部下来的页岩半焦完成氧化－还原反应提供饱和空气。主风机驱动电机功率为250kW，电压等级为6000V。在实际运行中，要根据反应装置中各项工艺指标的控制需求，调整主风机送风量。风量的调整要通过手动调节主风机入口蝶阀开度和放散口开度来实现，多余风量通过放散口排出。电机的工作电流在20～22A，电机的出力在70%左右。根据生产工艺的要求，每小时都要由工人手动风量一、两次，大量的空气被通过放散口排除，因此这种风量调整方式不合理，工人劳动强度大，同时造成无谓的能耗浪费，急需改进。
　　主风机变频调速改造既可以满足生产工艺要求，又可以取代工人用阀门调整风量，节约大量电能，通过变频改造后的设备运行低噪音、减少了设备磨损、延长了设备使用寿命、节约维修费用，为炼油厂节电改造开辟了新的途径。

二、 应用变频调速技术可行性论证
　　在D部（四分厂）技术改造的初期，我们对主风机能否进行变频改造进行了论证。工艺的角度上看，每天都要频繁的调整主风机的流量，工人要付出繁重的劳动，而且调整偏差较大，如果电机通过变频器调整调速，可以满足工艺的需要，达到调节准确，节省人力的目的。更重要的是，风机运行过程中，入口蝶阀开度越小，损耗在风机挡板上的能量越多，因此，主风机根据需要调速运行将会有很大的节能空间。
　　针对现有干馏装置主风机的运行特点，通过专人的市场调研，发现有三种方案可以实施应用：
　　1、高－高变频：就是在原来高压电器件的基础上，不需要对电机进行改造，购置高压变频器；
　　2、高－低－高方式：就是先将高压电源变成低压电源，采用低压变频器，变频后再升压，电机也不用改造；
　　3、高－低方式：就是用一台单独的变压器，将6kV高压降至380V，采用低压变频器，用低压电动机。
　　对比三个方案，使用高－高变频器，电机不需要改造，在变频器故障时可以直接启动，有定型产品，性能良好，稳定可靠，但费用较高；高－低－高方式无定型产品，要重新设计电路，电路烦琐庞大，要增加两台变压器，费用也较高；高－低方式中变频器直接使用低压电源，现使用的变压器容量不够，需要另设一台降压变压器。当降压变压器的容量比较小时，在变频器故障后，电机不能直接启动。如果降压变压器容量过大，会增加增容费用同时变压器还有一定的电能损耗。综合比较，我们选择了直接高－高变频调速方案。

三、 变频调速技术应用尝试
　　为确保改造成功不走弯路，减少损失，我们首先进行了较为详尽的理论论证，认为理论上切实可行。抽调了两名专业技术人员查阅了大量的资料，根据技术工艺的要求，对比风机运行的各种参数，结合现场可利用的有利条件，计算出电机不同工艺要求下的转数，求出电机所需的功率，通过计算得知节电的空间很大。同时，我们又对本市的抚顺新抚钢、山东莱芜钢厂进行了实地调研，了解到他们使用的高压变频器运行状况良好的信息。之后，对高压变频器的制造企业进行了了解，并实地考察了北京利德华福公司的生产制造基地。通过进行考察、论证，我们认为北京利德华福电气技术有限公司技术先进，管理规范，生产制造工艺先进，其制造的高压变频器性能稳定可靠。在此基础上，决定在D部干馏装置主风机上选用一台高压变频器进行试验运行，并最终选用了北京利德华福公司生产的HARSVERT－A06/030型高压变频器。
　　HARSVER-A型变频装置采用单元串联多电平PWM拓扑结构，由若干个低压PWM变频功率单元串联的方式实现直接高压输出，即6kV输出电压每相有7个额定电压为480V的功率单元串联而成，输出相电压3450V，线电压达到6kV左右，装置系统配置如图1。这种技术是目前高压变频领域应有最广泛、最成熟的技术。


图1：HARSVER-A型高压变频调速装置系统图

该调速装置有如下特点：
◆ 变频器为高-高结构，不需输出升压变压器，变频器效率高达96%；
◆42脉冲的整流电路结构，使输入电流波形接近正弦波，总的谐波电流失真低于4%，输入功率因数达0.95以上；
◆逆变器输出采用多电平移相式PWM技术，输出电压接近正弦波。输出电压每个电平台阶只有单元直流母线电压大小，所以dv/dt很小，不需要配置专用滤波装置；
◆采用功率单元串联，而不是功率器件串联，器件承受的最高电压为单元内直流母线的电压，器件不必串联，不存在器件串联引起的均压问题；
◆变频器可以承受30%的电源电压下降而继续运行，变频器的6KV主电源完全失电时，变频器可以在3秒内不停机；
◆采用功率单元旁路技术，多极模块串联，某个模块发生故障时自动旁路运行，大大地提高了系统运行的可靠性；
◆变频装置提供大液晶中文操作界面，功能强，操作方便；
◆装置除变压器外，大部分的元器件采用进口优质产品，保证了整件的质量和可靠性。

四、 变频调速为油厂节电开辟了新途径
　　我们在主风机电机变频调速的应用上，注意了对主风系统的匹配调整，经过近一段时间的摸索实践，岗位工人已掌握了使用要领，并记录了一些真实准确的数据。
　　高压变频器于2004年5月的投入使用至今，运行状况非常好，没有发生任何故障。从节电效果看，电机输入电流在10A左右、输入功率在85KW左右，和A、B、C部的经济运行数据的20A左右的输入功率相比，仅为高压不变频的50%，节电效果明显。每天可节电2040度，全月可节电61200度，可节约电费2.57万元。据此推算，全年至少可节电67万度，电费节约将可达到28万元。

五、 结束语：
　　炼油厂从97年在叶轮给料机上使用变频调速设备，到2003年在锅炉的鼓、引风机、主上水泵、接力风机上大上变频，到今年的主风机高压变频改造，做了许多尝试，积累了大量经验，不仅锻炼了队伍，同时节约了大量电能，为企业的技术进步迈了可喜的一步。我们觉得企业的技术改造潜力很大，只要本着严谨的科学态度认真调研，就一定能收到回报，给企业带来效益。

　　 王力行简介：抚顺矿业集团公司页岩炼油厂副厂长，1981年8月毕业于抚顺矿务局工学院，1996年晋升为电气高级工程师。1981年8月至今分别在抚顺矿业集团所属的西露天矿和页岩炼油厂从事机电管理工作，近年来对高压电机变频调速作了一些尝试，在节能方面收到了很好的效果。

抚顺矿业有限责任公司页岩炼油厂
　　页岩炼油厂，是隶属于抚顺矿业集团公司的骨干企业之一，也是目前我国境内唯一从事油母页岩加工利用为主的国有企业。其坐落于辽宁省抚顺市东洲区南花园街。现有年处理油母岩300万吨的能力，年产页岩油设计能力为9万吨，并建有2条喷雾炭黑生产线，年产喷雾炭黑2000吨。