英威騰GD5000 系列高壓變頻器在螺桿壓縮機上的應用

摘要：本文通過對山東淄博某石油化工企業(yè)Nano-forming（NF）碳四芳烴構化工藝生產線中原料氣壓縮機的高壓變頻調速項目來介紹其應用特點和優(yōu)勢。

關鍵詞：NF工藝 碳四螺桿壓縮機 高壓變頻器 矢量控制

Abstract:Based on the high frequency control project in Shandong Zibo Chemical Industrial Corporation Oil Nano-forming (NF) four aromatic carbon structure of the process feed gas compressor production line to introduce their application characteristics and advantages.

Keywords：NFcrafts Carbon four screw compressors high-voltage inverter vector control

1.引言

NF工藝采用煉化企業(yè)的副產品—碳四（簡稱C4）裂解氣來生產富苯混芳和貧苯混芳，同時聯產粗丙烷或粗丁烷，在生產富苯混芳時還副產富氫干氣。富苯混芳通過抽提可以得到優(yōu)級純苯、優(yōu)級甲苯和混合二甲苯等化工原料；貧苯混芳適合于作歐IV歐V汽油的調和組分，其辛烷值可達97且基本不含硫，在市場上很暢銷。聯產品粗丙烷可作為丙烯原料或用于調制車用液化氣；粗丁烷可用于生產乙烯、丙烯和異丁烯等低碳烯烴；富氫干氣可用于制氫、蒸汽裂解制乙烯或作為燃料氣、城市煤氣使用。總之，NF碳四芳烴構化技術是一種能夠大規(guī)模利用碳四裂解氣副產資源的重要工藝，它與煉化企業(yè)相容性好，技術先進成熟，擁有自主知識產權，產品增值性高，具有良好的應用前景。

2.現場工藝介紹

本廠主要使用混和碳四（丁烯丁烷）做原料生產富苯混芳（BTX）和使用混和碳四中丁烯經過低溫芳烴構化生產貧苯混芳（高辛烷值清潔汽油調和組分），其工藝流程主要有：加熱-高溫芳烴構化反應-吸收副產物-分離。主要流程如下圖所示：

主要原材料C4存在于油田氣、濕天然氣和裂化氣中，如石油化工輕油裂解制乙烯裝置中，聯產的碳四烴，約為乙烯產量的40%；石油煉廠催化裂化裝置所產的碳四烴，約占裝置處理量的6%，經分離可得碳四。其分離獲得過程如下圖所示：

原料氣經分離-壓縮-脫水-過濾-增壓-冷卻-脫乙烷最后得到穩(wěn)定高純度的液態(tài)輕烴-混合碳四，作為生產最終產品－－苯、甲苯、BTX和高辛烷值清潔汽油調和添加劑的主要原料。

3.主要設備和裝置

主要裝置和設備由反應、分離、吸收、換熱和化學處理等部分組成。主要設備有：一、二級分離裝置、過濾、增壓裝置、換熱器、脫水器、膨脹器、加熱爐、烴構化反應器等。裝置主要配套設施有：產品罐、吸收塔、涼水塔、循環(huán)冷卻水泵及其它公用工程、控制和運輸配套設施等。

4.原料氣壓縮機的變頻調速

原料氣（本廠主要使用C4裂解氣），常溫下為氣態(tài)，要分離提取得到液態(tài)和100%高純度的C4混合物必須將氣態(tài)的原料通過壓縮機壓縮為高溫液態(tài)再經過冷卻才能達到分離提純的條件。該廠處理量10萬噸/年的碳四氫芳烴構化工業(yè)裝置中原料氣壓縮機配套電機參數如下：

原料氣壓縮機電機采用英威騰GD5000矢量型高壓變頻器驅動，主要參數如下：

英威騰GD5000系列矢量型高性能變頻器采用電壓源型單元串聯多電平高-高解決方案，直接6kV輸入、6kV輸出，接線簡單、控制靈活。控制系統(tǒng)采用DSP+FPGA+ARM三核技術，對此種轉矩波動大的螺桿式壓縮機采用無PG（速度傳感器）的電壓開環(huán)（SVC）控制。一方面可輕松實現低轉速、大轉矩的帶重載啟動；另一方面，當負荷波動瞬間轉矩增大時，內置的DSP高速數字處理芯片可在100毫秒內迅速降低運行轉速，提高輸出的電磁轉矩，防止因負載瞬間波動電流突然增大造成的設備頻繁跳閘，滿足現場運行工況要求。此外，對原料提純分離中的壓縮機組使用高壓變頻調速還有如下幾大優(yōu)勢：

? 電機為額定頻率60HZ的變頻電機，采用直驅方式，中間省去了增速箱等附屬裝置，降低了系統(tǒng)損耗。使用變頻傳動，滿足轉速輸出要求，其輸出頻率范圍0.5～120HZ，頻率分辨率0.01HZ；提高了傳動效率和控制精度。

? 采用DCS集中控制，起停采用現場硬接線按鈕，不僅滿足了設備運行的安全可靠，而且還提高了工藝流程優(yōu)化調整和監(jiān)控的實時性和靈活性。其系統(tǒng)控制圖如下所示：

? 原料氣儲罐容積有限從而造成壓縮機吸氣壓力不穩(wěn)定，負荷隨時間無規(guī)律波動。使用變頻調速可在壓縮機出口加裝壓力傳感變送器，變頻器可根據負荷變化實時調整運行轉速，實現輸出壓力恒定的閉環(huán)控制。運行頻率越低，制冷壓縮機的能耗也越低，從而在滿足工藝要求的條件下能實現一定的節(jié)能降耗。

? 化工企業(yè)生產設備繁多，經常大批量同時啟動時容易造成廠內母線電壓陡降，引起設備欠壓跳閘。GD5000系列變頻器具有優(yōu)良的抗電網電壓波動性能。網側電壓在+10%～-15%之間波動時可做到滿載輸出。同時具有AVR功能，能夠根據母線電壓的波動自動調整輸出電壓。網側電壓在短時間小于85%～65%額定值或大于110%～120%額定值時，高壓變頻器降額運行不停機，可保證壓縮機持續(xù)運行。

? 作為工藝循環(huán)中的關鍵負載，GD5000系列變頻器具有功率單元工作情況（溫度、直流母線電壓、電流等）的實時監(jiān)控和單元自動旁路功能。

5.結束語

螺桿壓縮機不僅具有純旋轉透平機械(容量的高速性、尺寸小、結構簡單、無慣性力、無振動)的優(yōu)點，同時兼有活塞式機械簡單而運行特性穩(wěn)定的特點。壓縮是無油的，氣體沒有污染,反之，已經存在于氣體中的雜質和液體組分對螺桿壓縮機沒有多大干擾。所以目前化工行業(yè)特別是石化行業(yè)在壓縮含雜質成分多或濕度大的原料氣時越來越多的采用螺桿式壓縮機。

另一方面，為完全適應螺桿式壓縮機的低壓大排量和高壓小排量特性和提高系統(tǒng)的總體效率，大功率壓縮機采用效率高的高壓電機拖動、用高壓變頻器做電氣傳動及通過聯軸器直連的方式能有效的提高電氣和機械傳動效率，從而滿足化工行業(yè)的工藝優(yōu)化和節(jié)能需求。

參考文獻：

【1】廣東化工學院 黃炎 《化工與通用機械》

【2】胡堯良《低碳芳烴構化的技術進展》

【4】深圳市英威騰電氣股份有限公司《GD5000系列高壓變頻調速系統(tǒng)產品說明書》