低壓變頻器在煉油廠的應用

【摘要】近幾年來，隨著電子技術的迅猛發展，變頻調速技術的日益成熟，變頻器價格的相對下降，節電效果明顯，使得變頻器在煉油工業中得到了廣泛的應用。國內較大煉油廠己在常減壓、催化裂化、延遲焦化、酮苯脫蠟、糠醛精制、氣體分餾等裝置上不同程度地使用了變頻器，均收到了40%～60%的節電效果。

【關鍵詞】變頻器；煉油廠；節電

隨著我國經濟突飛猛進的發展，各類能源的開發與消耗逐漸增大，煤炭、石油作為不可再生資源更顯得供應的緊張。而且我國的能源消耗還比較嚴重，如何高效的利用能源已經被國家擺在重要的戰略位置。“十二五”期間是我國轉變經濟發展方式、加快經濟結構戰略性調整的關鍵時期。國家把節能減排作為調結構、擴內需、促發展的重要手段，作為減緩和適應全球氣候變化、促進可持續發展的重要舉措。近幾年低壓變頻調速的優越性和節能效果已在低壓變頻器的運用中得到充分體現，同時低壓變頻技術也日趨成熟，并逐步在石化、電力、水泥、冶金、化工、建材等眾多行業中得到了推廣和應用。

一、變頻器的節電原理

（1）低壓變頻器行業發展變頻器集微電子、電力電子、控制技術及嵌入式軟件技術于一體，通過將固定頻率的交流電源轉換成電壓可調、頻率可調的交流電，實現對交流電機的速度和力矩的精確控制；在改善生產工藝、節約電能、提高生產自動化水平等方面具有突出的作用。變頻器既是一種變頻電源，又是工業自動化產品中的核心部件之一。以輸入變頻器的電網電壓等級為劃分標準，變頻器可以分為低壓、中壓變頻器，變頻技術開始于上世紀八十年代初，由日本富士、三墾等企業引入我國。隨著我國經濟的高速發展，變頻器的應用范圍以及市場規模逐步擴大，國內的變頻器廠商也大量涌現，市場呈現快速增長的趨勢，國內企業也在此過程中得到了發展，目前國內已經形成了一批有一定實力的變頻器廠商。（2）低壓變頻器應用及市場規模。變頻器應用領域非常廣闊。目前低壓變頻器在我國應用較多的行業為紡織印染、電梯、起重機械、冶金、電力、石油石化、建筑樓宇、市政、化工、建材及機床等，同時，在一些原來應用變頻技術較少的軌道交通、制冷等行業中，變頻器應用的增長也十分強勁。

二、低壓變頻器在煉油廠項目方案

煉油廠此次實施變頻拖動的目標是生產線上的“鼓風機”、“引風機”。用戶首先進行了較為詳盡的理論論證，認為理論上切實可行。抽調了專業技術人員查閱了大量的資料，根據技術工藝的要求，對比風機運行的各種參數，結合現場可利用的有利條件，計算出電機不同工藝要求下的轉數，求出電機所需的功率，通過計算得知節電的空間很大；之后，對低壓變頻器的制造企業進行了詳細了解，最終決定采用臺達電子生產的低壓變頻器。此次項目，出于對安全運行的考慮，煉油廠在前期的技術可行性論證中對產品提出了非常高的技術要求，對我方提供的技術方案書審查極為嚴格，產品的每一個技術細節，廠方都會有多位技術專工反復論證，對中達提供低壓變頻，技術審查是細之又細。

三、變頻器的應用的特點

（1）高效率、低諧波。采用多脈沖移相整流變壓器技術，有效地降低了電源側諧波電流含量，諧波含量<5%，符合EEE519-1992標準，滿足電網對諧波的嚴苛要求；提高了功率因數，功率因數>0.96；采用單元串聯多電平技術，無需輸出濾波器，輸出電壓波形近似正弦波，dv/dt小，適用于遠距離電機驅動，對電纜、電機絕緣無損害；系統效率>96.5%。（2）抗電源擾動能力強、適用范圍廣。電源側電壓在90%～110%范圍波動時，系統可滿載運行；電源側電壓低至70%，系統仍可降額持續運行；具備電壓監測功能，電源側電壓在90%～110%范圍波動時，仍能保持輸出電壓穩定，實現電機長期安全、穩定運行。（3）高可靠性。SOA設計保證系統在較寬的安全范圍內運行：充足的設計余量保證每一個器件運行在安全工作區的中間區域；優化的散熱設計保證功率元件的熱冗余度；專業的層疊母排技術有效降低了雜散電感，降低IGBT電應力，提高器件可靠性，降低開關損耗；電容器設計裕量大、壽命長；功率單元、控制電源均采用冗余設計；可按用戶要求配置自動旁路功能，系統可實現工頻/變頻工作模式的切換；系統提供自診斷功能，預判故障位置、類型，及時提醒用戶避免故障發生；散熱風機故障或者濾網灰塵過多自動檢測報警功能，及時提醒用戶進行維護；嚴格的生產質量管控流程，測試設備齊全，確保器件、部件、整機的各項測試項目有效執行。（4）良好的現場適應性。結構緊湊，功率密度高，減少了空間的需求；柜間電氣連接采用高可靠性接插件，安裝維護簡單方便；人機界面友好，操作簡便；通訊接口齊全，可根據現場需求專業配置；PCB采用三防處理，抗污染能力強。

四、應用效果及經濟效益分析

（1）工藝控制平穩：由于變頻器的高精度調節，調節信號有高速傳遞性，減少了以前儀表控制帶來的滯后現象，從而使系統控制精度提高，壓力穩定，產品質量得到了提高。（2）維護量減少：由于出口閥全開，電動機降速運行，使得管網壓力下降，減少了工藝設備的泄漏，降低了機泵磨損，降低了電機的溫升，設備維護周期延長。由于變頻器代替了調節閥，解決了由于調節閥故障高給生產帶來的影響，使儀表的維護量減少。（3）系統實現了軟起動：由于變頻器具有軟起動功能，減小了對電網的沖擊。低壓變頻器技術不但被煉油廠接受，而且成為傳動的中樞，使用它，一是節電，二是優質，三是增產，四是降耗。使用該技術節電可在10%～70%之間。主要體現在幾個方面：一是軟啟動，一般交流電動機的啟動電流為電機額定電流的6～7倍，變頻調速啟動電流不超過電動機的額定電流。二是節省設計冗余，一般設計都按照使用時的極端條件，因而都留有設計冗余，有的余量很大，形成大馬拉小車。變頻調速可以把這部份冗余節省下來。三是調速節電，按流體力學原理，軸功率正比于速度，轉速下降，軸功率變小，這是變頻調速的主要節電原理。四是功率因數高，一般在0.95以上，節省無功，減輕了變壓器的負擔。優質是變頻調速的又一貢獻。由于變頻調速精度高，不少行業均采用變頻調速提高產品質量，如粘膠化纖，提高一等品合格率。由于低壓變頻器的高可靠性及高性能，在許多行業，減少了停工時間及創造了連續無故障生產的可能，使產品產量增加，也降低了消耗和運行成本。同時還可改善工藝水平，是企業技術改造和產品更新換代的必要技術。

五、結論與應注意的問題

通過變頻器在煉油廠中的應用可以看出，變頻器有諸多優點，現歸納如下：（1）變頻調速技術可靠，可廣泛用于煉油企業中的風機、水泵、油泵等異步電機上，節電效果明顯，一般節電在30%以上。（2）采用變頻調速器帶動異步電機的調速方式，可以實現從零轉數到任意轉數的平滑啟動，電流小，升速快，沒有啟動時的沖擊電流。而且保護功能完善，操作方便、準確，調節精度高，取消了閥門控制，實現了閉環控制。（3）使用變頻調速器后，由于沒有了一般電機啟動時的5～7倍于額定電流的沖擊電流，使電氣開關過負荷損壞的可能性減少，也使變壓器減小了沖擊，提高了變壓器的使用效率，避免了大電機啟動時對電網的沖擊。（4）可延長機泵的使用壽命。由于電機長期在低于額定轉速的狀態下運行，電機及風機的軸承不易損壞，電機發熱量也減少了。停機時間減少，節約了大量維修費用。（5）減少了噪聲污染。由于變頻調速技術是用調節電機轉數來控制流量的，一般情況下，使用變頻的電機，均在低于額定轉速的工況下運轉，噪聲較使用變頻器前明顯減輕，對提高工業衛生水平起了一定的作用。（6）氣動調節閥與工藝介質直接接觸，腐蝕性介質會對調節閥產生腐蝕及沖刷，而變頻器通過電信號控制電機轉速，調節流量，則無此情況，比調節閥穩定得多。用其代替調節閥后，儀表維護量大大減少。

參 考 文 獻

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