高压变频器在油气初加工装置应用的可行性分析.pdf

孙胜 勇高压 变频器在油气初加工装置应用 的可行性分析 第 6 卷第 2 期 高压变频器在油气初加工装置应用的可行性分析 孙胜 勇 大庆油田有限责任公司天然气分公司 摘要 针对油气初加工装置压缩机组运行 中能耗较 高且启机操作难度较 大的实际问题 ，结 合 高压 变频器在其他行业的应用情况，提 出高压变频器在油气初加工装置应用的想法，分别从 变频器 自身可靠性、变频器调节装置工艺参数 、变频器节能以及变频器的带 负荷启动等方面对 其 应 用 的可行 性 进行 了详 细 阐述 ； 同时 ，提 出应 用 时 需解 决额 定 工 况点 和控 制 变量 如何 选取 的 实际问题 ，并给 出初 步的解决思路 ，得 出了高压 变频器在油气初加 工装置中完全可以应用并比 常规控制更具优势的结论。 关键词油气初加工装置；高压 变频器；调节参数；控制变量；节能 D 0I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ i ． i s s r 1 ． 2 0 9 5 1 4 9 3． 2 0 1 6． 0 2． 0 0 5 1 高压变频器工作 原理 高压变 频器 是指 输入 电源 电压在 3 k V以上 的大 功 率 变频 器 ，是一 种 串联 叠加 性 高压 变频 器 ，即采 用 多 台单 相三 电平 逆 变器 串联 连 接 ，输 出可 变频 变 压 的高 压 交 流 电 。 主要 有 3 、3 _ 3 、6 、6 ． 6 、 1 0 k V 等 电压等级 的高压 大功率 变频 器 。 高压 变频 器 通常 由移 相 变压 器 、功 率 、控 制单 元 3 部分 组 成 ，如 图 1 所示 。 三相 高 压 电 经 高压 开 关 柜 进入 ，经输 入 降压 、移 相 给功 率单 元柜 内的功 率单 元供 电 ，功 率 单 元 分 为 3 组 ，1 组 为 一 相 ，每 相 的功 率单 元 的输 出首 尾相 串。主 控制 柜 中 的控制 单 元 通 过 光 纤 对 功 率 柜 中 的 每 1 功 率 单 元 进 行 整 流、逆变控制与检测 ，根据实际需要通过操作界面 进行频率的给定 ，控制单元把控制信息发送 到功率 图 1 高压变频器结构示意图 人机界面 控制柜 作者简介 孙胜 勇 ，工程师 ，2 0 0 8 年毕业于大庆石油学院 控制理 论 与控 制工程专业 ，现从事油 田伴生气初加 工技术管理工作 ，E ma i l s u n s h e “ g y o “ g p e t r 0 c h i n a ．e o m． o n ，地址 黑龙江省大庆市 萨尔 图区油气加工七大队 ，1 6 3 4 1 6 。 12 单元 进 行相 应 的整 流 、逆变 调 整 ，输 出满 足负 荷需 求 的 电压等级 。 2 高压 变频器应用领域 高 压 变 频 器应 用 范 围广 泛 ，主 要 涉及 到 电力 、 冶 金 、石 油石 化等 行 业 ，如 电力行 业 的 给水泵 、灰 浆 泵 等 ；冶 金 行 业 的 引 风机 、进 料泵 、高 炉 鼓 风 机等 ；石油石化行业的注水泵 、管道泵 、气体压缩 机等 。 应 用 高压 变频 器 对 电动 机转 速进 行 调节 的最 大 好处 是可 以达到 节 能 的 目的 ，尤 其是 对 于变 工况 的 应用 场合 节 能效 果更 为 明显 。以南京 钢 铁集 团公 司 的 2 3 0 0 k W焦炉引风机为例 ，为满足工艺需求该 引 风机需 周期性工 作 ，2 5 mi n 需要 满负荷 引风 ，2 0 mi n 无需 引 风 。对 于恒 转速 电动 机 而言 ，在 不需 要 引 风 的时 间 内 电动 机 处 于 空 转 状 态 ， 电流 约 为 3 0 ％ ～ 5 0 ％ 电动 机 额 定 电流 ，这 部 分 电 流 不是 做 有 用 功 ， 而 是机 械 在额定 转 速下 的空转 损耗 。而应 用高 压 变 频 器后 ，完全 可 以在无 需 引风 时将 电动机 转速 降 到 3 0 ％以下 ，从 而 达 到节 能 的 目的 。根 据 计算 ，应 用 高 压 变频 器 后 ，焦 炉 引风 机 组 的综 合 能耗 下 降 3 0 ％，节 能效果 明显 。 3 油气初加工装置如何应用高压变频器 高 压 变频 器通 常应 用 在工 艺 生产 过 程周 期性 变 化 的场合 ，对 于 油气 初加 工装 置 的连 续 恒定 工况 的 生产 过程 是 否适 应 ，就 目前 而言 ，国 内尚无 应 用案 例 。 以下 从几 个方 面对 其应 用 的可行 性进 行 阐述 。 石油石化节能 W WW． s y s h j n ． t o m 1 高 压 变 频 器 自身 可靠 性 。从 高 压 变 频 器 的 应用 领 域 以及技 术 成熟 度 上来 看 ，应 用范 围广 ，性 能稳定 ，故障率低 ，且变频器 自身也采用 了冗余技 术和完备的保护措施 ，就 自身可靠性而言完全能够 胜任油气加工装置的生产要求。 2 高 压 变 频 器 节 能 与工 艺 参 数 调 节 。作 为 油 气初加工装 置的核心设备 ，原料气压缩机 离心 机 运 行情 况 的优 劣直 接 影 响整个 装 置 的效率 、效 益 。对 于 压 缩 机 的 控 制 通 常都 是 通 过 调 节 入 口压 力 、流 量 以及 出 口压力 来进 行 ，即对 于恒 转速 的离 心式 压 缩机 而言 ，若 想 改 变机 组 的工作 点 ，只能 通 过改 变 管 路特 性 曲线来 实 现 。如 图 2 所示 ，不 但会 增 加 操作 难 度 以及 员工 的 劳动 强度 ，同时 也会 造成 不必要的能量损失。若能应用高压变频装置 ，即可 通 过 调 整压 缩机 转 速来 改变 工作 点 ，进 而 满足 生 产 需 求 。 当 装 置 负 荷 在 7 0 ％ ～1 1 0 ％的工 况 下 ，可通 过 变 频器 自动对 电动机 转速 进行 微 调 ，保证 压 缩 机 出 口压力 恒 定 ，而无 需操 作 人员 频 繁地 调 节压 缩 机 入 口阀 开度 以及 下游 膨胀 机 入 口喷 嘴 开度 ，减 少 系 统 压 力 波动 ，保 证装 置 运行 的平 稳 性 。 以中石 油西 气 东 输 邳 州 压气 站 的高 压 变频 调节 异 步 电 动 机一 离 心 式 压 缩 机 运行 报 表 表 1 为 例 ，说 明压 缩 机组 在 正 常工 况 时变 频器 对压 缩 机 出 口压力 随压 缩 机人 口压 力变 化 的调 节作 用 。从 运行 报 表及 生成 的 曲线 中可 以看 到 ，当装置 负荷 在 正 常范 围 内时 ，为 了保 证压缩 机 出 口压力稳定 ，当压缩机进 口压力 降低 时，变频器输 出增加 ，电动机转速升高 ，电动机电 流随之增大。因此 ，在此工况下 ，高压变频器的作 用 主要 体现 在 调节工 艺 系统参 数 图 3 。 奋 A一 压 缩 机 工 作 点 ；A1 ，A2 一 压 缩 机 在 不 l 司流 量 F的所 能 达 到 的 胜 头 ；B1 ，B 2 一压缩机为克服管路阻力所需要提供 的压头 。 图 2 离心式压缩机工作点示意 图 当装置负荷降至7 0 ％以下时 ，为了维持机组的 正 常 运行 ，防止 压缩 机进 入 喘振 区 ， 目前通 用 的操 作 方 法是 适 当打 开压 缩机 回流 阀 ，压缩 机 出 口的部 分气体返 回人 口虽然能够解决喘振问题 ，但是机 组 的能耗会明显增加 ，效率降低 ，装置生产效益会 石油石化 节能WWW． s y s h j n ． t O M ⋯⋯ 蛔 _ ． ． 进 口压力／ 出 口压力／ 电动机 电流／ 电动机转速／ 时刻 MPa MP a A f rmi n 1 O 0 0 O 0 2 0 0 O 4 0 0 0 6 0 0 0 8 O 0 l O O 0 1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 O 0 O 2 2 0 0 9 ． 5 o 9 ． 0 0 8 ． 5 o 6 ． o o 5 ． 5 0 5 ． o 0 ． ． ． ． C 埘 ⋯一 *⋯⋯一 -,o -进 口压力 出口压力 嘈 电动机电瘴 电动机转建 0 0 O 0 o 哇 o o 0 8 O 0 1 2 O 0 l 6 o 0 z 0 O 0 时刻 重 奋 图 3 邳州压 气站运行参数 曲线 n 1 ， 2 ， 3 一压缩机在不 同转速下 的性能 曲线 。 图 4离心式压缩机 喘振 曲线 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 7 5 6 “ ∞ 8 1 0 9 3 l 5 7 9 3 1 4 卯 “ 卯 “ “ ∞ ∞ 吣 8 8 8 9 9 9 9 9 9 9 8 8 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 一I．u 羹喜 O O 姗 啪 咖 伽 0