变频技术在石化企业中的应用

(垦利石化有限责任公司，山东 东营 257500)
摘 要：文章介绍了变频器在石化企业中的应用，并指出 变频技术对于企业提高经济效益、节能降耗、提高设备技术含量、安全和稳定运行具有很好 的促进作用。
关键词：变频器；电力节能；自动控制；石化企业
中图分类号：TM921.51  文献标识码：B  文章编号： 1007—6921(2009)08—0096—01

在石化企业中，低 压电动机拖动的负载绝大多数是离心泵和风机。在企业生产过程中，为了生产的顺利进行， 各种生产机械在设计配用时，都留有一定的余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动 力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。

还有一些电动机拖动的生产机械，为了满足生产工艺过程的各种要求需要调速运行。随着电 力电子技术、微电子技术和自动控制技术的迅速发展，以及工农业生产对调速性能要求的不 断提高，变频调速技术日趋成熟，变频器以其性能好，调速范围宽、静态特性好、运行效率 高、经济效益显著得到广泛应用。
1 变频器的内部结构和基本控制方式

异步电动机的变频调速必须按照一定的规律同时改变其定子电压和频率。通用变频器能够满 足异步电动机的变频调速的基本要求。通用变频器可分为交——交和交——直——交两种形 式，中小型功率电动机一般采用后一种。其内部结构如图1所示：交流电通过电力二极管(PD )和普通晶闸管(SCR)组成的三相桥式整流电路转换为直流电，经大电容滤波后再经由电力晶 体管(GTR)组成的三相桥式逆变电路转换成交流电。变频器控制的核心是主控电路，它接受 各种信号，对信号进行基本运算，把运算结果输出给各个部件；同时实现各种控制功能和各 种保护功能。

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通用变频器的基本控制方式有两种：基频(电动机额定频率F1N)以下的恒转矩调速和基频以 上的恒功率调速，如图2所示。石化企业一般使用的是前一种方式。

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2 变频器的节能原理及应用

由异步电动机的旋转磁场的转速公式：n(转速)=60f(定子电源频率)/p(磁极对数)可知，对 于同台电动机只要降低其定子电源频率就能达到降低电机转速的目的；又由流体力学可知， P(功率)＝Q(流量)×H(压力)，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比 ，功率P与转速N的立方成正比，如果机泵的效率一定，当要求调节流量(或者压力H)下降时 ，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即机泵电机的耗电功率与转 速近似成立方比的关系。所以当所要求的流量Q(或者压力H)减少时，可调节变频器输出频率 使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，从而达到 节约电量的目的。其次是功率因数补偿节能 ，无功功率不但增加线损和设备的发热，更主 要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤 波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。第三使用变频器后，利用变 频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，消除了由于震动产生的对设备和阀门的损害，延 长了设备和阀门的使用寿命，节省了设备的更换以及维护资金。

石化企业是高电能消耗企业，节能降耗是降低生产成本的重要手段，例如某石化公司常减压 原料泵，在没有使用变频器以前，电动机正常运转时压力为2MPa，而装置正常生产只需要1. 3MPa压力，压力控制是通过现场调节阀调节，管线憋压严重。当使用变频器以后，通过对变 频器的输出频率设定，调节电动机的转速，从而达到要求的工艺压力，变频前后的功率比较 如下：

变频后只有原有功率的16.7%左右，达到省电83.3%，一年以运转300d计算，节省约96万度电 ，节电效果显著。

变频器的应用不仅节能降耗，而且实现了自动化控制，改变了以往工艺人员根据室内仪表显 示，跑到现场调节阀门的人工操作。工艺人员可以通过操作室内的电脑，给操作参数一个设 定值，由DCS系统对现场仪表反馈的信号与设定值进行比较，把运算结果转换成4~20MA信号 传送给变频器，变频器根据信号控制电机转速，这样工艺误差得到控制，产品质量得以保证 ，同时降低了工艺人员的劳动强度。变频器自动控制流程如图3所示。

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3 结论

近年来，随着经济的发展和人民生活水平的提高，中国电力资源越来越趋于紧张，石化企业 是电力消耗大户，如果在石化企业中广泛使用变频器，不仅为企业创造更好的经济效益，提 高市场竞争力，而且对缓解国家电力紧张做出极大的贡献。