在石油化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣和數(shù)量最多的電氣設(shè)備之一，其大部分是風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載。早期設(shè)計(jì)的煉化裝置機(jī)泵設(shè)備一般未考慮使用變頻器，但是也并非所有機(jī)泵設(shè)備都適合使用變頻器。首先要考慮工藝要求的功能，其次是經(jīng)濟(jì)效益。一般而言，風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載大多是根據(jù)滿負(fù)荷工作需用量來設(shè)計(jì)選型，都留有10%以上的較大余量。此外，隨著生產(chǎn)裝置加工量、物料性質(zhì)等工況的變化，實(shí)際需求功率也產(chǎn)生變化，流量、液面、壓力等工藝參數(shù)經(jīng)常隨工況的改變而改變，實(shí)際應(yīng)用中風(fēng)機(jī)、水泵大部分工作時(shí)間并非處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，原來的電機(jī)恒速和機(jī)泵恒壓恒流設(shè)計(jì)則導(dǎo)致電能浪費(fèi)；采用傳統(tǒng)方法是通過調(diào)節(jié)出口或入口的擋板、管路閥門及調(diào)節(jié)閥開度來調(diào)節(jié)流量、液面等工藝參數(shù)，定速機(jī)泵輸出功率被工藝物流吸收作有用功的僅占30%～40%，而60%～70%的電能消耗在擋板、閥門節(jié)流壓降上，造成極大的電能損失和浪費(fèi)。機(jī)泵節(jié)能的根本問題在于如何使控制方案與實(shí)際負(fù)荷相匹配，在控制過程中降低閥門阻力，提高系統(tǒng)效率，這就為石油化工行業(yè)應(yīng)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展領(lǐng)域。
運(yùn)用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，變頻調(diào)速器直接控制風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載是一種最科學(xué)的控制方法，利用變頻器內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)軟件，可以根據(jù)工藝負(fù)荷精確地自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)輸出頻率和轉(zhuǎn)速，保持恒定的水壓、風(fēng)壓，滿足生產(chǎn)裝置工藝系統(tǒng)要求的壓力。實(shí)際應(yīng)用證明，當(dāng)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的80%運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效率可以達(dá)到40%。變頻調(diào)速器還可以實(shí)現(xiàn)大型電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和軟停機(jī)，避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的電壓沖擊，降低了運(yùn)行電流，不僅減少了電動(dòng)機(jī)、機(jī)泵和閥門設(shè)備故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，而且節(jié)約電能效果顯著，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。其節(jié)能原理矢量圖見圖1。
中國(guó)石化股份有限公司九江石化公司是江西省內(nèi)唯一的煉油、化肥、化工配套生產(chǎn)的國(guó)有特大型石油化工聯(lián)合企業(yè)，是中國(guó)石化長(zhǎng)江沿江主要煉化企業(yè)之一，有50多套生產(chǎn)裝置，擁有650萬(wàn)t/a原油綜合加工能力、30萬(wàn)t/a合成氨、52萬(wàn)t/a尿素、10萬(wàn)t/a聚丙烯、3萬(wàn)t/a硫磺生產(chǎn)能力，產(chǎn)品主要保障江西市場(chǎng)供應(yīng)。該公司積極應(yīng)對(duì)國(guó)際金融危機(jī)，努力挖潛增效，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，依靠科技進(jìn)步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。為了降低電氣設(shè)備的能耗和故障率，該公司積極開展科技攻關(guān)、技術(shù)改造，應(yīng)用和推廣電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能高新技術(shù)，有計(jì)劃地組織對(duì)重要生產(chǎn)裝置的關(guān)鍵電氣設(shè)備變頻調(diào)速進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化配置和完善。幾年來，富士、東芝、西門子、三菱、ABB、施耐德、歐姆龍等各種型號(hào)的進(jìn)口變頻器，在九江石化公司煉油、化工、化肥等生產(chǎn)裝置廣泛推廣應(yīng)用，先后對(duì)化肥渣油進(jìn)料泵、液氨輸送泵、常減壓加熱爐鼓風(fēng)機(jī)、催化解析塔進(jìn)料泵、延遲焦化溶劑泵、原油輸送泵、聚丙烯造粒機(jī)組、熱電鍋爐排粉風(fēng)機(jī)等生產(chǎn)裝置重要機(jī)泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行了變頻調(diào)速節(jié)能改造，均取得了較好的節(jié)能效果，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推進(jìn)了企業(yè)節(jié)能降耗、降本增效和可持續(xù)性發(fā)展。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，九江石化公司已經(jīng)投入資金5000多萬(wàn)元用于風(fēng)機(jī)、水泵變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改造，平均投資回收期約2年。截止2009年11月底，九江石化公司已投入運(yùn)行的變頻調(diào)速器有462臺(tái)，總裝機(jī)容量達(dá)到16000 KW。若按每臺(tái)設(shè)備平均節(jié)電率40%計(jì)算，則每年至少可節(jié)約電能4200萬(wàn)KWh，每年僅節(jié)約電費(fèi)一項(xiàng)就達(dá)2500多萬(wàn)元，節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)、材料費(fèi)100多萬(wàn)元。
一、變頻調(diào)速技術(shù)在化肥裝置渣油進(jìn)料泵的應(yīng)用
渣油進(jìn)料泵A-GA101是九江石化公司30萬(wàn)t/a合成氨裝置的重要設(shè)備，將減壓渣油原料輸送到氣化爐。渣油進(jìn)料泵為德國(guó)西門子電動(dòng)機(jī)，功率75kW，轉(zhuǎn)速2982r/min，額定電壓380V，額定電流140A，額定出口流量28.52m³/h。原系統(tǒng)采用控制出口閥門的方法進(jìn)行控制，即差壓變送器檢測(cè)流量信號(hào)送至PID調(diào)節(jié)器，再由PID調(diào)節(jié)器輸出控制信號(hào)，控制出口調(diào)節(jié)閥的開度，從而控制出口流量，保持流量穩(wěn)定。原系統(tǒng)運(yùn)行中存在以下問題：節(jié)流量較大，泵出口閥的節(jié)流量已接近泵額定流量的一半，浪費(fèi)大量的電能；控制精度低，出口流量波動(dòng)較大；電機(jī)工作在額定轉(zhuǎn)速，出力不變消耗電能；電機(jī)噪音較大，泵和管線閥門壓力較大，易造成泄漏。
2008年5月，九江石化公司利用化肥裝置檢修的時(shí)機(jī)，選用德國(guó)西門子（siemens）公司成套變頻設(shè)備，對(duì)3臺(tái)渣油進(jìn)料泵（2臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用）進(jìn)行變頻優(yōu)化節(jié)能改造。投入運(yùn)行后工藝控制平穩(wěn)，由于變頻器的高精度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)信號(hào)有高速傳遞性，減少了以前儀表控制系統(tǒng)帶來的滯后現(xiàn)象，從而使系統(tǒng)控制精度提高，壓力穩(wěn)定，工藝運(yùn)行指標(biāo)得到了優(yōu)化。節(jié)能效果顯著，節(jié)電率達(dá)到70%，按年運(yùn)行8000h計(jì)算，2臺(tái)渣油進(jìn)料泵年節(jié)約電量:節(jié)電率×電動(dòng)機(jī)工頻功率×工作時(shí)間×2臺(tái)＝70%×75kW×8000h＝420000kWh；節(jié)約電費(fèi):節(jié)電量×電價(jià)=420000×0.6＝252000元。維護(hù)量大幅減少，由于出口閥全開，電動(dòng)機(jī)降速運(yùn)行，使得管網(wǎng)壓力下
