變頻調(diào)速在火炬氣回收壓縮機(jī)上的應(yīng)用段春玲（遼陽(yáng)石油化工高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)械系，遼寧遼陽(yáng)111003）變頻調(diào)速技術(shù)作為一門(mén)新興技術(shù)具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)和使用價(jià)值。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是大功率晶體管、高性能變頻調(diào)速器的出現(xiàn)，變頻調(diào)速器成本大大降低，變頻調(diào)速技術(shù)越來(lái)越成熟。變頻調(diào)速不僅適用于電廠，而且也適用于石化等其它行業(yè)，是一種比較理想的節(jié)能控制方法。推廣變頻調(diào)速在石化生產(chǎn)裝置中的應(yīng)用，對(duì)于減少能源浪費(fèi)、避免空氣污染具有極其重要意義。

　　遼陽(yáng)石油化纖公司化工一廠的1火炬是為裂解裝置、對(duì)二甲苯裝置、催化重整裝置等9套化工生產(chǎn)裝置的尾氣排放而設(shè)置的。為了節(jié)約能源，降低成本，減少環(huán)境污染，該廠分別與1992年和1996年安裝了2臺(tái)濕式螺桿火炬氣回收壓縮機(jī)。它們?cè)诨厥栈鹁婀芫W(wǎng)廢氣，減少火炬排放中起著重要作用，也為該廠創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但由于火炬管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，火炬氣排放隨機(jī)性很大，而壓縮機(jī)卻只能恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這樣就存在回收量不足且浪費(fèi)電能的現(xiàn)象。為此，于1998年對(duì)火炬氣回收壓縮機(jī)進(jìn)行了變頻調(diào)速改造。改造后，不但優(yōu)化了控制方式，而且節(jié)能效果顯著。

　　1變頻調(diào)速技術(shù)的原理變頻調(diào)速技術(shù)就是在交流電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)之間安裝一個(gè)變頻器。變頻器通過(guò)均勻地改變定子供電頻率來(lái)平滑地改變交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。供電電源的頻率通過(guò)變頻器之后，不再是電網(wǎng)電源的固有頻率，而變成可調(diào)頻率。

　　交流異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速公式11n =60/（1s）/p/電網(wǎng)電源的頻率p極對(duì)數(shù)較為良好，級(jí)間冷卻器進(jìn)出口壓差大速率明顯下降，復(fù)水器真空度下降趨勢(shì)也較為平緩，直到2000年五一節(jié)放假前夕，因節(jié)假日時(shí)間較長(zhǎng)，為避免節(jié)假日發(fā)生意外情況，采取計(jì)劃停機(jī)檢修的措施，集中進(jìn)行了級(jí)間冷卻器清焦以及復(fù)水器的酸洗工作。

　　該機(jī)組改造后，檢修頻次大為減少，平均檢修次數(shù)由原來(lái)的每年至少4次非計(jì)劃停工，減少到每年一次計(jì)劃?rùn)z修，按照每次檢修平均停機(jī)時(shí)間50h計(jì)，年可加150h的運(yùn)行時(shí)間，由此帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收益。以往停工時(shí)，焦化富氣不能回收，只能將其放火炬燃燒掉而且為保證加氫裝置正常生產(chǎn)所需要的氫氣，需改用輕油作為制氫原料，按照壓縮機(jī)富氣處理量平均7 500m3/h以及輕油制氫時(shí)輕油耗量2.5t/h計(jì)算即使每次檢修費(fèi)用不計(jì)，每年仍可加效益100多萬(wàn)元。

　　6結(jié)束語(yǔ)對(duì)于多級(jí)離心式壓縮機(jī)而言，級(jí)間冷卻器乃至葉輪的結(jié)焦堵塞問(wèn)題，從介質(zhì)的凈化分離入手雖然能夠收到一定的效果，但如果要求徹底加以解決未必能夠如愿，如果通過(guò)其它途徑采取適當(dāng)措施，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間往往是可以做到的。

　　凝汽式汽輪機(jī)復(fù)水器真空度下降的原因是多方面的，由于冷卻水管結(jié)垢致使其傳熱效果惡化，可以通過(guò)加藥等多種辦法改善水質(zhì)，降低結(jié)垢的可能性。71994-2016ChinaAcademicournalElectronic高減因此，c藍(lán)定用WbuMcm品的電shfg，f壓惠機(jī)轉(zhuǎn)n速升至比較高，bookmark4轉(zhuǎn)差率我們把變頻器的輸出頻率記為/變代入上式，則在轉(zhuǎn)差率s變化不大時(shí)，交流電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速基本與/變成正比。

　　變頻調(diào)速器按換能形式可分為間接變頻和直接變頻兩類(lèi)。間接變頻又稱(chēng)為交一直一交變頻，即先將工頻交流電源通過(guò)整流裝置變成直流，然后再將直流經(jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成可控制頻率的交流電源。因采用二次換能，所以其電能轉(zhuǎn)換頻率略低，但仍比其他電氣調(diào)速方式效率高。直接變頻又稱(chēng)交一交變頻，即將工頻電源通過(guò)換能元件直接變換成可控頻率的交流電源。因只有一次換能，與交一直一交變頻相比，轉(zhuǎn)換效率較高，但調(diào)頻范圍不大，其輸出比較高頻率只有電網(wǎng)頻率的1/3~1/2，適用于變頻范圍不大的中、大型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。

　　2原火炬氣壓縮機(jī)的工作方式原火炬氣回收壓縮機(jī)93C703A/B的電機(jī)功率為90kW，轉(zhuǎn)速為1 450r/min.當(dāng)火炬氣正常排放量較多時(shí)，兩臺(tái)同時(shí)轉(zhuǎn)；當(dāng)正常排放量較少時(shí)，就單臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)火炬管網(wǎng)壓力更低時(shí)，為使壓縮機(jī)不至于抽空，就使回流閥打開(kāi)，把壓縮機(jī)出口的火炬氣再送回火炬管網(wǎng)。這種運(yùn)行方式存在如下不足：2臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)或打開(kāi)回流閥。由于火炬管網(wǎng)壓力波動(dòng)較大，2臺(tái)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，較多的時(shí)候是壓縮機(jī)不能滿(mǎn)載工作，致使電能浪費(fèi)。打開(kāi)回流閥，使壓縮機(jī)出口的壓縮火爐氣再回到入口，也是浪費(fèi)電能；單臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然此種運(yùn)行方式在正常排放時(shí)，浪費(fèi)電能較少，但當(dāng)裝置故障排放時(shí)，由于排放時(shí)間較短，不可能順序啟動(dòng)另一臺(tái)壓縮機(jī)，而致使回收量減少。

　　3改造方案（1）要提高壓縮機(jī)的回收量，就必須提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了利用原來(lái)的壓縮機(jī)，節(jié)約改造費(fèi)用，經(jīng)與原火炬氣回收壓縮機(jī)廠家論證研究，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可由原來(lái)的1450r/min提高到2900r/min，功率由90kW提高到200kW，回收量可提機(jī)更換原電機(jī)；（2）為了以比較少的電能回收較多的火炬氣，就必須根據(jù)火炬管網(wǎng)壓力來(lái)調(diào)節(jié)火炬氣回收壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的變化直接影響功率的變化，這樣就達(dá)到了節(jié)能的目的。為此，決定用ABB公司的直接變頻調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　4參數(shù)的確定在設(shè)備安裝完畢后，開(kāi)始進(jìn)行試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)十多天的考察、比較，確定了以下技術(shù)參數(shù)。

　　4.1比較高轉(zhuǎn)速和比較低轉(zhuǎn)速的確定確定比較高轉(zhuǎn)速的依據(jù)是供電系統(tǒng)的電源和電纜容量以及壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況。由于此壓縮機(jī)原轉(zhuǎn)速為1 450r/min，雖經(jīng)廠家確認(rèn)可以升速，但為確保設(shè)備在升速后能長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，確定先在2100r/min試運(yùn)一段時(shí)間，以考核其升速后的工作狀況。為節(jié)約改造資金，此次改造沒(méi)有更換電纜及供電開(kāi)關(guān)。在試運(yùn)行中，確定電器的比較高轉(zhuǎn)速為2400r/min.此時(shí)，電氣系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

　　比較低轉(zhuǎn)速是根據(jù)壓縮機(jī)出口壓力來(lái)確定的，調(diào)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速低于1200r/min時(shí)，出口壓力低于燃料氣管網(wǎng)壓力，回收量幾乎沒(méi)有。所以確定比較低轉(zhuǎn)速為1200r/min. 4.2控制曲線(xiàn)的確定從控制曲線(xiàn)可以看出，當(dāng)火炬管網(wǎng)壓力低于180mmH2時(shí)，壓縮機(jī)停運(yùn)。因在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)陀?80mmH2時(shí)，壓縮機(jī)升速后回收量加不多，反而浪費(fèi)電能。

　　由于火炬氣水封罐的壓力為250mmH2，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于250mmH2時(shí)，火炬就開(kāi)始排放。為盡量多的回收火炬氣，就必須在火炬達(dá)到排放以際控制曲線(xiàn)為圖中的實(shí)線(xiàn)。此控制曲線(xiàn)由PLC編程實(shí)現(xiàn)。

　　3變頻器部分參數(shù)的確定變頻器升速時(shí)間的確定主要依據(jù)變頻器的過(guò)載能力。時(shí)間越長(zhǎng)對(duì)變頻器和供電系統(tǒng)越好。但考慮到火炬氣系統(tǒng)壓力波動(dòng)大，如不能迅速跟蹤升速，就將浪費(fèi)火炬氣。所以比較后確定比較短升速時(shí)間為120s.這樣即滿(mǎn)足了變頻器的過(guò)載要求，也滿(mǎn)足了火炬氣的壓力跟蹤要求。

　　由于此壓縮機(jī)有時(shí)可能帶負(fù)荷起動(dòng)，為使起動(dòng)時(shí)不至因?yàn)檫^(guò)流而使變頻器動(dòng)作，將起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)調(diào)整為5，滿(mǎn)足了重載起動(dòng)要求。

　　5改造后的運(yùn)行效果51回收火炬氣的經(jīng)濟(jì)效益大了電機(jī)容量，提高了壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，在火炬管網(wǎng)壓力高時(shí)，就能達(dá)到多回收火炬氣的效果。下面是火炬氣回收壓縮機(jī)CM703A在改造前后的回收量統(tǒng)計(jì)，每隔2天取一次數(shù)據(jù)，并算出平均每小時(shí)的回收量。

　　表1火炬氣回收壓縮機(jī)改造前后的火炬氣回收情況年（改造前）（改造后）取樣日期回收量（T/h）取樣日期回收量（T/h）平均值從表中可以看出，改造后平均每小時(shí)加回收量為0.890.65=0.24t，回收率提高0.24/0.65X100%即36%回收的火炬氣按每噸1000元計(jì)算每年工作8000h（11個(gè)月）每年節(jié)約資金：5.2節(jié)電情況在現(xiàn)在裝置正常排放時(shí)，火炬壓縮機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速在1300r/min左右。運(yùn)行電流為102A，功率因數(shù)可達(dá)0.9以上，采用變頻調(diào)速后消耗有功功率為P1=3X 0.9=60.4kW改造前功率因數(shù)為0.8，壓縮機(jī)的負(fù)載率在80%~90%之間（計(jì)算時(shí)取85%）則消耗有功功率為000h（11個(gè)月）則每年節(jié)電費(fèi)用7.02=199.02萬(wàn)元。變頻器投入25萬(wàn)元/臺(tái)（包括施工費(fèi)），投資費(fèi)用僅1個(gè)半月即可全部收回。

　　從以上數(shù)據(jù)可以看出，變頻調(diào)速在火炬氣回收壓縮機(jī)上的應(yīng)用較好地滿(mǎn)足了用比較少的電能回收盡量多的火炬氣的目的。

　　5.3其它方面采用變頻調(diào)速方便操作，減少設(shè)備維修量。由于改造前為電機(jī)全速起動(dòng)，對(duì)設(shè)備的沖擊較大。而且操作不當(dāng)，很容易引起電機(jī)堵轉(zhuǎn)跳閘。對(duì)電機(jī)及電氣控制系統(tǒng)損失較大。改造以后，壓縮機(jī)起動(dòng)變?yōu)榫徛佟p少了對(duì)設(shè)備的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，而且變頻改造后可以帶負(fù)荷起動(dòng)，操作變得非常簡(jiǎn)單也避免了起動(dòng)電流對(duì)電氣設(shè)備的沖擊。

　　經(jīng)過(guò)一年多的試運(yùn)行，證明了此次改造是非常成功的。既加了回收量，又節(jié)約了電能，還方便了操作，減少了維修量。變頻調(diào)速作為一種高效節(jié)能方式己經(jīng)開(kāi)始受到了廣泛的重視，隨著變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，采用變頻器控制有廣闊的發(fā)展前景。