石油煉化企業(yè)催化裂化裝置高壓主風(fēng)機(jī)啟動方案

穆金海

中圖分類號：TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2019）01-0-01

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會對于柴油、汽油等化工原料的需求成指數(shù)性增加，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中石油煉化行業(yè)占據(jù)著重要的地位。煉油工藝中重要的主要裝置為催化裂化裝置，主要是采用減壓蠟油、加氫渣油等重質(zhì)餾分油作為原料，高溫高壓下與催化劑接觸，經(jīng)裂化反應(yīng)生成柴油、汽油等化工原料。主風(fēng)機(jī)機(jī)組是催化裂化機(jī)械系統(tǒng)中十分重要的裝備，借助主風(fēng)機(jī)，可以將壓縮好的空氣輸入到催化裂化反應(yīng)器當(dāng)中，為其提供風(fēng)力能夠提升催化裝置產(chǎn)品質(zhì)量并且回收能量，改善環(huán)保條件，從而促進(jìn)煉油行業(yè)的發(fā)展。通常而言， 催化裂化裝置的功率越大，它所需要的風(fēng)力供應(yīng)量就越多，因此提供動力的電動機(jī)的功率要求也越大。

正常情況下，由于電動機(jī)直接起動時，起動電流會達(dá)到電機(jī)額定電流的5～7倍，特別是大功率的電機(jī)，一般上一級變壓器的容量都承受不了，必須加裝起動設(shè)備，否則會造成變壓器跳閘。催化裂化裝置的主風(fēng)機(jī)的開機(jī)順序為，備風(fēng)機(jī)電動機(jī)首先啟動，工藝條件具備后，煙氣輪機(jī)——主風(fēng)機(jī)——電動機(jī)三機(jī)連接、一體化運(yùn)行的組合結(jié)構(gòu)投入運(yùn)行，煙氣輪機(jī)帶動主風(fēng)機(jī)，主風(fēng)機(jī)帶動電動機(jī)，再啟動電動機(jī)運(yùn)行帶動主風(fēng)機(jī)、煙氣輪機(jī)。由于在正常情況下主風(fēng)機(jī)電機(jī)由煙氣輪機(jī)驅(qū)動主風(fēng)機(jī)可以將電動機(jī)的轉(zhuǎn)速帶到90%后再啟動，相比很容易。所以在整個啟動過程中如何啟動備風(fēng)機(jī)電動機(jī)是技術(shù)人員必須認(rèn)真面對的問題。

現(xiàn)就目前國內(nèi)主風(fēng)機(jī)、備風(fēng)機(jī)電動機(jī)啟動經(jīng)常采用的幾種方案進(jìn)行分析：

一、液阻軟起動方式

液阻，顧名思義，即液體電阻（又被稱為水阻柜）。此技術(shù)1985年上半年引進(jìn)到中國后，在催化裂化主風(fēng)機(jī)電動機(jī)啟動中被廣泛的采用。液阻軟起動方式基本有兩種，一種為定子串液阻（對應(yīng)鼠籠型電機(jī)）方式，一種為轉(zhuǎn)子串液阻（對應(yīng)繞線式電機(jī)）方式，目前國內(nèi)設(shè)計院對催化裂化裝置設(shè)計一般采用鼠籠型電機(jī)，所以液阻軟起動方式中采用定子串液阻的方法，此方式通過在起動過程中改變定子回路的電阻值來逐步實(shí)現(xiàn)軟啟動的，這種啟動方式要求在前期調(diào)試期間根據(jù)電動機(jī)功率、風(fēng)機(jī)特性計算的加入水中電解粉理論數(shù)量，確定串入定子線圈的阻值，電機(jī)起動通電后，在水阻柜內(nèi)，隨著電流的熱效應(yīng)使液阻柜內(nèi)溫度逐漸升高，電解液分子活動加劇，電機(jī)端的電壓逐漸由低到高，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到（或接近）額定轉(zhuǎn)速時，短接接觸器，液阻柜被甩開啟動完成。但此種啟動原理的缺點(diǎn)是不適合電機(jī)連續(xù)啟動，由于啟動一次將造成水溫升高后液阻值變小，因此連續(xù)啟動會使其啟動特性受到影響。催化裂化工藝中主風(fēng)機(jī)是長期連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，只有在裝置檢修或意外事故發(fā)生時才可能停機(jī)再啟動，所以在催化裂化工藝中主風(fēng)機(jī)啟動時間間隔是較長的，其啟動特性基本可保持一致，故被廣泛選用。

二、固態(tài)降補(bǔ)軟起動

對于主風(fēng)機(jī)電動機(jī)起動問題的焦點(diǎn)主要集中于既要降壓起動，又要保證起動電流沖擊滿足電網(wǎng)的耐受要求，又要達(dá)到降壓起動過程中電動機(jī)實(shí)際起動力矩的需求，這個平衡點(diǎn)來源于在起動瞬間要迅速補(bǔ)充電動機(jī)起動過程所需要的大量無功，減少從電網(wǎng)吸取的無功量，另一方面在保證啟動力矩的同時，盡可能地降低起動設(shè)備前端的因電機(jī)起動瞬間而引發(fā)較大沖擊電流，使電網(wǎng)電壓無陷落，真正保證前端變壓器實(shí)際供電容量需求。固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置的設(shè)計理念就是將電機(jī)電流與電網(wǎng)電流分開設(shè)計，在對電網(wǎng)擾動較小的情況下達(dá)到較大的轉(zhuǎn)矩。固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置由三相平衡降壓控制裝置和無功發(fā)生裝置組成。當(dāng)電機(jī)通過該裝置接入電網(wǎng)時先投入無功發(fā)生器，電機(jī)端電壓被控制在需要的范圍內(nèi)，隨著起動過程轉(zhuǎn)速的抬升，電機(jī)端電壓逐步升高，起動轉(zhuǎn)矩增加，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)起動。電機(jī)起動過程中，電動機(jī)經(jīng)過降壓后，另外所需的無功功率主要由起動無功補(bǔ)償單元負(fù)責(zé)即無功發(fā)生器提供，最大限度降低電機(jī)起動時對系統(tǒng)的無功大量需求，很好地實(shí)現(xiàn)了控制降補(bǔ)軟起動設(shè)備的輸入電流小于電機(jī)額定運(yùn)行電流，最小甚至可以達(dá)到額定運(yùn)行電流，很好的控制電網(wǎng)不會因起動而造成的電壓陷落，母線壓降可以控制在7～15%之間，同時無功發(fā)生器為電機(jī)起動提供無功補(bǔ)償，從而最大限度的降低了對系統(tǒng)無功功率的需求，降低電機(jī)起動對電網(wǎng)電壓的影響。所以固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置是新建催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)電動機(jī)優(yōu)先選擇的啟動方式。

三、變頻啟動

高壓變頻啟動裝置是目前最為先進(jìn)的啟動方式，高壓變頻器除了具備更好的啟動性能以外，還有一個非常重要的功能就是它可以對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，從而可以更好的啟動主風(fēng)機(jī)電動機(jī)。高壓變頻器主要由變壓器柜、功率單元柜、冷卻系統(tǒng)、人機(jī)界面、控制系統(tǒng)、旁路柜等幾部分組成，高壓變頻啟動裝置是由多個功率模塊串聯(lián)而成，從電網(wǎng)送來的三相交流電，經(jīng)移相變壓器，由其副邊二次線圈電壓逐個移相供電給功率單元，通過將多個低壓功率模塊的輸出疊加起來得到高壓輸出，從而改變電動機(jī)頻率和電壓，達(dá)到一種理想的啟動特性，是目前的最優(yōu)啟動設(shè)備。

以上提供的三種方案是伴隨著我國化工行業(yè)在不斷的發(fā)展和更新產(chǎn)生的。液阻軟起動裝置本身的缺點(diǎn)是基于液阻限流，會致使液阻箱容積增大；溫升的原因?qū)е缕滠浧饎拥闹貜?fù)性差；液阻柜內(nèi)的水還需定期補(bǔ)充并且還受低溫環(huán)境的限制，這些因素導(dǎo)致目前已經(jīng)大部分的被固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置所替代。但固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置和液阻軟起動裝置其特點(diǎn)大致相同，現(xiàn)將這兩種方案與高壓變頻啟動裝置做一下比較。這兩種方案一般都是一拖二設(shè)計，液阻軟起動裝置配有液阻柜室、高壓室。降補(bǔ)固態(tài)軟起動裝置設(shè)計有采用外掛式油浸電力電容、變壓器室，這些還必須與高壓配電室分開配置，這兩種方案綜合占地多，還造成電纜投資浪費(fèi)。啟動電流一般控制在1.5～2倍以上的額定電流，還避免不了對電網(wǎng)的沖擊；加速時間不可調(diào)，加速曲線不可調(diào)，無法實(shí)現(xiàn)無沖擊飛車啟動；有啟動次數(shù)要求，不可連續(xù)啟動；相比高壓變頻啟動裝置綜合占地集中，能夠?qū)崿F(xiàn)無沖擊飛車啟動，也可以多次連續(xù)起動并且啟動電流為0.3～0.7倍電機(jī)額定電流，對電網(wǎng)沖擊小。綜上所述，固態(tài)降補(bǔ)軟起動是目前替代液阻軟起動的理想方案，而高壓變頻啟動方案的優(yōu)越性還要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于高壓固態(tài)軟啟動啟動方案。制約變頻啟動方案應(yīng)用的主要因素是受成本價格制約，液阻軟起動裝置售價低廉仍有使用，高壓變頻啟動裝置一次性投資太大也制約了其推廣，目前應(yīng)用最多的還是固態(tài)降補(bǔ)軟起動裝置。

隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)的發(fā)展，新的功率器件的不斷涌現(xiàn)，高壓變頻器的價格隨之進(jìn)一步下調(diào)，當(dāng)高壓變頻器與固態(tài)降補(bǔ)軟起動兩者成本和價格基本接近的時候，就是固態(tài)降補(bǔ)軟起動被高壓變頻器替代的分水嶺，在科技發(fā)展的將來也不排除有其他的方案來更好地替代這三種方案，讓我們拭目以待吧。