若干变速环保技艺在石化运转泵站的运用
若干变速环保技艺在石化运转泵站的运用1 辽河油田油气集输公司是一以输油、输气和轻烃加工为主业的生产单位，年原油外输 1000 万 t 以上，天然气外供约 6 7 亿m3，轻烃产量 10 万 t.公司 10 个输油泵站、天然气压缩车间及兴隆台轻烃厂的各型转动设备用电量占公司总电耗的 85%以上。其中，长距离管道输油和输气都是采用大功率的输油泵和天然气压缩机。公司现有 32 台 6kV 高压电动机，单机功率普遍在500kW 以上，这些设备对公司耗电的影响很大。通过运行分析和现场测试得知，造成辽河油田油气集输系统用电量长年居高不下的原因除了泵效较低外，输油泵出口节流损耗严重是造成电能浪费的又一重要因素。伴随着采油产量、油品参数、管道状况、用户需求等与时在变，输油计划亦必然要经常进行调整，进而使各泵站工艺参数（压力、流量等）也随时改变，公司原采用输油泵并联输送方式。在选取长输管线泵站运转参数时，首先要考虑的是在各种特殊环境条件下的管道输送安全性和输油泵的输送能力，因此往往使输油泵参数选得偏大，有时在较长工作时间内与实际运行参数相差甚远。在恒转速电机驱动下，传统的离心式输油泵只能通过调节出口阀门，改变管路结构特性来控制泵的外输流量和压力。其结果：不仅由于阀门的严重节流作用而增大了对系统的无用功，而且基于生产工况的变化又常使输油泵工作点偏离最佳运转的高效区，降低了泵运行效率，这两种情况都会浪费大量的电能。为此，通过现场调查，并翻阅了近年来各输油泵站主要输油泵的运行参数和管线运行工艺要求，发现大多数输油泵的泵出口压力往往要比要求的出站压力高 32%以上，个别甚至超过 50%.如运行投产不久的高力房泵站，泵出口压力为 4 7 MPa，而出站压力仅为 2 2 M Pa，其阀门截流造成的能量损失相当严重。2 大功率输油泵调速节能方法探讨和改造2 1 转动设备调速节能方法探讨针对以上分析，在输油工艺和输油泵已确定的情况下，改变输油泵转速是满足各种工况要求并节电降耗的最有效的办法。由于泵的转轴功率与其转速的三次方成正比，故降低转速就会大大降低转轴功率，减少电能消耗。我国转动设备应用调速节能技术进步经历了四个主要阶段：（1）液力耦合器调速。它是通过泵轮和涡轮之间油介质传递将电动机动能变成机械能，再进行调速。（ 2）电磁滑差离合器调速。它由电枢和磁极两部分组成，电枢与电动机同轴，点数切割磁力线感应涡流，产生电磁力，推动磁极跟着旋转，带动负载转动。若改变励磁电流大小，就可改变负载的转速。（ 3）串级调速。20 世纪 70 80 年代，开始研制并试用串级调速装置，普通的串级调速系指外反馈串级调速，即通过外接反馈变压器把电能反馈到电网。90 年代，研制出了内反馈串级调速理论及部分产品，但由于技术上多种原因而未得到普及推广应用。（ 4）变频调速。20 世纪 80 年代，开始研制并应用变频调速技术，首先在交流低压电动机上获得迅速普及推广应用，但在大功率、高压电动机上却未得到广泛应用。以上四种节能技术各有特点，前两种装置投资较小，属于机械调速和半电气调速，机组效率低，应用范围相对较窄；变频调速装置具有效率高、可靠性强、控制精确、可操作性好等优点，但造价较高；串级调速装置技术指标是介于它们之间。2 2 调速节能方案的选取和改造为了正确选取调速节能方案，除着重考虑系统实用和可靠性外，尚需估计投资和资金回收周期。公司采取了分阶段实施节能方案的办法，先是采用内反馈串级调速节能技术，之后开发利用变频调速节能技术，最终达到了输油泵电动机调速节能的效果。2 2 1 安装高压内反馈串级调速电动机最初，把改造目标放在了投资小、效率较高的串级调速节能方案的可行性研究上，并将重点放在内反馈串级调速装置上。内反馈串级调速电动机系统理论在国内已提出多年，但由于多种原因一直未能得到有效推广应用。1999 年，公司与哈尔滨九洲、沈阳金桥等公司联合改进并完善了系统控制回路，通过选用西门子直流控制单元、PLC 及数字化控制装置的应用，大大提高了系统控制性能和可靠性。作为先导性试验技改项目，先在公司所属坨子里泵站应用，经短期运行就取得显著的节电效果。高压内反馈串级调速系统是对一般串级调速系统（外反馈）系列内的一般绕线式电动机进行改造而发展起来的一种调速方式，它是在国家标准系列绕线型感应电动机的定子上增加一套三相对称绕组（调节绕组） ，其调速原理系属绕线型感应电动机转子串附加电势来进行调速。该附加电势是由调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供，通过变流系统将该电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小即可实现调速，结构原理见 1.整套装置去掉了反馈变压器，从而使占地和投资进一步减少，可满足了调速范围不宽的高压电动机调速需要，适宜于多数集输场合的风机和离心泵类负载对高压电机调速的工况需求。在油田坨子里应用内反馈串级调速节能技术的基础上，于2000 年在油田高力房泵站又安装一台高压内反馈串级调速装置。高立房泵站 4（ 680kW）输油泵经调速后，在排量相同、出站压力相同情况下，输油泵出口压力由调速前的 4 7MPa 下降到 2 3MPa，日用电量由原来 2 0 万 kWh 下降到 1 2 万 kWh，节电率为 40%.投产运行后半年节电 140 万 kWh，在短期内便由节电金额收回了全部投资费用。高力房泵站测试数据见 1，平均节电率为 35 84%.输油泵调速前后月用电和单位输油耗电情况。1 高力房泵站输油泵调速前后用电量和单位高力房泵站输油泵调速前后单位输油耗电比较曲线2 2 2 高压变频调速改造在总结高压电动机实施内反馈串级调速的基础上，油气集输公司又相继在曙光泵站、凌海泵站和坨子里泵站等三个主要输油泵站的重点输油设备上实施高压变频调速改造。高压变频调速节能装置的选用和安装是公司经过长达 2 年的调研、论证和方案比较后做出的选择。选用了 36 脉冲整流输入、多级 PWM 控制和多重化脉宽调制的变频器，以降低对电网的谐波污染并可抑制浪涌电压。为了进一步提高调速系统的可靠性，还采用多组柜装高压隔离倒闸装置，设计了独特的高压变频驱动电动机的工频旁路装置，结构简洁可靠，从而实现了高压电动机工/变频转换。曙光泵站 1泵的驱动电动机皆为功率 850kW 的 6kV 高压电机。调速装置相继投运后，不仅用电量大大降低，还减少了设备磨损，延长了电动机和输油泵的使用寿命，方便了岗位操作人员的常管理。曙光首站 1D450 离心式输油泵调速后与处于满负荷的 2螺杆输油泵配合并联输送，使得该泵站在各种工况条件下都处于理想的节电状态， 1输油泵月用电量由原来的平均 59 4 万 kWh 下降到目前的 40 6 万 kWh，节电率为 31 65%.2 2 3 中低压变频调速改造松山泵站有一台输油泵用于分输石油六厂原料油，驱动装置为 450kW 的高压电机。根据该输油泵容量较小及输油量变化大的工况，要求其调速范围宽，可靠性要高，便有针对性地提出一种新的解决方案，即把原来已使用 20 多年的 6kV低效高压电动机更换成 690V 变频电动机，同时利用 630kVA/ 690V的进口 ABB 变频系统进行调速控制，并专门设计研制了专用的800kVA、6300V/ 720V 的室内干式特种变压器。该方案不仅具备所有变频调速装置的优点，而且还解决了 400V 调速系统中电流过大带来的缺陷，比常用的 6kV 高-高变频设备方案投资降低 120 万元，具有更高的性价比。该项目于 2002 年 9 月中旬投运，平均每日可节电 3900kWh，单机节电率为 32%.松山泵站高-低变频调速方案。3 结论（ 1）几年来，中油辽河油田油气集输公司通过在各主要原油输运泵站应用高压变频调速（ 6kV） 、低压变频调速（ 690V ）和高压内反馈串级调速等节能技术，解决了高压大中功率电机在不同容量、不同投资规模和不同工况需求前提下的节电问题，节电率在 30%以上。松山泵站高-低变频调速方案（ 2）由于辽河油田油气集输公司主要用电设备的显著节能效果，加之陆续实施技术更新和设备改造，诸如通过使用螺杆泵、提高输油泵效和实现输油泵的无级调速等措施，不仅圆满完成输油生产任务，而且公司年用电量从 2000 年的 7 900 万 kWh 下降到 2001 年的 7 250 万 kWh， 2002 年仅为 6 003 万 kWh，至今公司年用电量控制在 6 000 万 kWh 以内，下降幅度达 24% ，单位输油量耗电减少 22% ，达到了挖潜节能、降本增效的双赢目的。（ 3）通过实践得知：任何企业大功率运转设备的用电系统是推广节能措施、应用节能方案的关键部位，其局部的节能效果会换来全局性的节能效益。
