1.引言
在世界經(jīng)濟快速增長的今天，日益增長的社會經(jīng)濟和能源供應日益短缺的矛盾越來越突出，為了應對這一必須面對的現(xiàn)實問題，世界各國都在考慮自己國家的能源計劃。而在我們中國，據(jù)估計到2020年，中國的能源需求總量仍將達到近25億噸標準煤，這個數(shù)字比2000年高出了90％，而最為悲觀的估計，則要高出152％。在能源每年增長3％一5％條件下，要保證國民經(jīng)濟持續(xù)每年增長7％～9％，只能依靠節(jié)能技術的應用。石化行業(yè)是高耗能企業(yè)，而離心式壓縮機在石化制造業(yè)內有著很普遍的應用，節(jié)能技術在離心式壓縮機上有著很廣闊的應用前景。
2.江蘇裕廊化工集團簡介
江蘇裕廊化工有限公司座落在中國蘇北第一家獲得“綠卡”通行證的化工基地——鹽城市陳家港化工集中區(qū)內，公司北枕灌河，東臨黃海，南傍沿海高速，緊鄰204國道，地理位置優(yōu)越、水陸交通便捷。（新加坡）升立化工控股有限公司于2004年7月2日投資創(chuàng)辦江蘇裕廊化工有限公司，注冊資本4300萬美元，投資總額8000萬美元。公司于2006年底通過ISO9000國際質量認證和ISO14000環(huán)境體系認證，于2007年2月5日在新加坡上市，成為國內在新加坡最大的上市公司之一。
圖1 裕廊石化廠區(qū)大門
江蘇裕廊化工有限公司下設研究中心及多個生產(chǎn)事業(yè)部，主要研究開發(fā)雙甘膦、丙烯酸及酯系列產(chǎn)品，年產(chǎn)能3萬噸雙甘膦、20萬噸丙烯酸及25萬噸丙烯酸酯，使裕廊公司成為中國乃至亞洲的化工驕子。產(chǎn)品除滿足國內需求外，還遠銷世界各國。在充滿競爭和挑戰(zhàn)的化工市場中，裕廊人搏風擊浪、競展風流，用過人的智慧和膽魄，創(chuàng)造了世界化工史上令人稱道的奇跡。
3.工藝介紹
在煉制原油的過程中，會產(chǎn)生一定的氣體叫富氣，為了從富氣中提煉液化氣加以利用，就在重催裝置的兩個工段之間加裝一臺離心式壓縮機，即把分餾工段輸出的壓力為0.0±0.05MP的富氣經(jīng)過壓縮機加壓到1.0± 0.05MP送入吸收穩(wěn)定工段，以滿足吸收穩(wěn)定工段的工況，從而進行液化氣的分離。
氣體壓縮機（以下簡稱氣壓機）采用離心式壓縮機。因軸功率較大，所以拖動采用10KV，3200KW的兩極高壓電動機，而氣壓機通過增速器轉速更高，達到9220r/min，這樣高速的離心式壓縮機有一個缺點：當工藝條件發(fā)生變化時，其入口壓力滿足了工作壓力降到一定值時，氣壓機會被抽負而發(fā)生喘振，這是相當危險的。為此在設計安裝時從氣壓機出口引到入口，以保證入口壓力不低于正常壓力從而保證氣壓機正常工作。
4.離心風機負載節(jié)能分析
一般異步電動機的同步轉速為：n1＝60f/p
而異步電動機轉速n與同步轉速n1存在一個滑差關系： n= n1（1-s）=60f/p（1-s）
由上式可以得到，改變異步電動機的轉速可以通過改變f、p、s可以達到。
針對某一電動機而言p是一定的，而通過改變s進行調速空間非常小，所以變頻調速通過改變定子供電頻率f來改變同步轉速是異步電動機的最為合理的調速方法。
若均勻地改變供電頻率f，即可平滑地改變電動機的同步轉速。異步電動機變頻調速具有調速范圍寬、平滑性較高、機械特性較硬的優(yōu)點，目前變頻調速已成為異步電動機最主要的調速方式，在很多領域都獲得了廣泛的應用。
根據(jù)流體力學相似定律：Q1/Q2＝n1/n2 輸出風量Q與轉速n成正比；
H1/H2＝(n1/n2)2 輸出壓力H與轉速n2正比；
P1/P2＝(n1/n2)3輸出軸功率P與轉速n3正比。
當風機風量（水泵流量）需要改變時，如調節(jié)風門（閥門）的開度，則會使大量電能白白消耗在閥門及管路系統(tǒng)阻力上。如采用變頻調速調節(jié)風量（流量），可使軸功率隨流量的減小大幅度下降。變頻調速時，當風機（水泵）低于額定轉速時，理論節(jié)電為：
E=〔1-( n′/n) 3〕×P×T (kW·h)
式中： n——額定轉速
n′—— 實際轉速
P——額定轉速時電機功率
T——工作時間
可見，通過變頻對風機（水泵）進行控制，不但節(jié)能而且大大提高了設備運行性能。以上公式為變頻節(jié)能提供了充分的理論依據(jù)。
5.高壓變頻器選型及變頻調速方案
5.1變頻器選型
經(jīng)過大量的技術論證，并且對目前高壓變頻器市場充分考查后，選用了希望森蘭科技股份有限公司生產(chǎn)的SBH-100-4000高壓變頻器對富氣壓縮機進行變頻控制，不但節(jié)約能源而且大大提高了設備運行性能。
表1 富氣壓縮機電機參數(shù)：
表2 森蘭變頻SBH-100-4000高壓變頻器技術參數(shù)：
森蘭高壓變頻器的特點：
- 一體化設計，系統(tǒng)簡潔，維護方便，安全可靠；
- 功率單元模塊化設計，每個單元可互換使用，通用性強；
- 多功能HMI設計，直觀友好的操作界面；
- 獨特的防干擾設計技術，防干擾能力強；
- 出廠做“三滿”試驗，確保設備高質量；
- 采用矢量控制技術，具有低頻轉矩大優(yōu)點，滿足重載啟動需要；
- 飛車啟動功能，無需等待電機停機，可以直接啟動；
- 控制電源采用冗余設計，可靠性高；
- 獨特的防“晃電”技術，超強的電網(wǎng)適應性；
- 自動限流技術，在變頻器處于加速，減速以及負載加重時自動調節(jié)變頻器的輸出，確保 設備運行穩(wěn)定；
- 獨創(chuàng)的自動穩(wěn)壓技術，電網(wǎng)電壓波動時可保持變頻器的輸出電壓不受影響；
- 無擾動投切技術，方便實現(xiàn)變頻及工頻直接的雙向投切；
- 雙冗余機械式旁路技術，比傳統(tǒng)電子旁路技術防干擾能力強，可靠性更高。
5.2變頻調速方案
通過對壓縮機動力系統(tǒng)的研究、分析，以及現(xiàn)場電網(wǎng)容量偏小，不允許高壓變頻器上電瞬間的沖擊等特點綜合其中存在的問題，以“先保證系統(tǒng)安全可靠，結構合理，提供最佳性價比方案”的原則對系統(tǒng)進行方案設計，決定采用一拖一手動方案。其一次電路如圖2所示：
圖2 高壓變頻系統(tǒng)一次接線圖
QF為用戶原高壓開關；
KM1高壓真空接觸器；
QS1，QS2為高壓隔離刀閘，刀閘沒有滅弧裝置，不能帶電操作。
M為高壓電動機。
圖3 森蘭高壓變頻在富氣壓縮機應用現(xiàn)場圖
5.3高壓變頻調速系統(tǒng)優(yōu)勢
（1）電機拖動風機可實現(xiàn)軟起動，控制電機的啟動電流。變頻改造后降低啟動電流，減少對電網(wǎng)側的沖擊，提高繞組承受力，降低電機的維護成本，增長電機的壽命；同時大大減小了對風機設備的沖擊，降低維護成本，延長風機使用壽命。
（2）可實現(xiàn)線性調速，通過對電機轉速的調節(jié)控制風機風量滿足工藝生產(chǎn)；同時離心風機是平方轉矩負載，能耗是與電機的轉速成立方比，從而達到節(jié)能效果。
（3）系統(tǒng)設有就地和遠方兩種控制途徑，就地控制是在變頻器處通過變頻器觸摸屏進行操作或應急處理；遠方控制是在控制室內進行.在這種工作方式下，操作員通過DCS系統(tǒng)的頻率給定信號，調節(jié)變頻器，改變電機轉速，達到調節(jié)風量的目的。
（4）信息傳遞：變頻器可以實現(xiàn)與機組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞。變頻器可提供給DCS系統(tǒng)如下參量：輸出轉速、輸出電流等反饋信息，通過4～20mA電流源模擬量輸出；同時提供給DCS的開關量有：變頻器遠程控制指示，就緒，運行，輕故障，重故障指示狀態(tài)信息。變頻器接收的DCS的模擬量信號為頻率給定，開關量為遠方啟/停、復位信號等。通過變頻器與DCS信號的交換，實現(xiàn)遠程控制及監(jiān)視變頻運行各類數(shù)據(jù)功能，提高工藝生產(chǎn)自動化水平。
（5）完備的保護功能：過流，過壓，欠壓，輸入輸出缺相，輸出短路，輸出接地，變頻過熱，電機過載，失速防止，電機過熱等保護。
（6）系統(tǒng)的變頻風機實現(xiàn)變頻供電和電網(wǎng)供電相互切換運行，可手動切換，當變頻器發(fā)生異常后，風機仍需要運行，這時可將電機切換到工頻電網(wǎng)起動，增加風機系統(tǒng)運行可靠性。
6.現(xiàn)場應用及節(jié)能效果
（1） 現(xiàn)場應用情況
此石化脫氫裝置壓縮機項目自投產(chǎn)以來運行良好。
圖4 此次變頻改造負載
（2）節(jié)能效果
在正常生產(chǎn)情況下，本臺壓縮機變頻器運行頻率在40Hz,高壓側輸入電流在180.2A。與同功率電機工頻運行狀況比較，變頻改造后壓縮機節(jié)能效果十分明顯。
7.結論
脫氫裝置壓縮機系統(tǒng)采用希望森蘭高壓變頻器，不但操作方便、維護量小，而且有明顯的節(jié)能效果。通過變頻對壓縮機進行控制，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。此次希望森蘭高壓變頻對石石化行業(yè)脫氫裝置壓縮機改造的優(yōu)異表現(xiàn)得到了客戶的高度認可和一致好評，值得大力推廣。
