變頻調(diào)速技術(shù)是基于交一直一交電源變換技術(shù).它是集電力電子、微電腦控制等技術(shù)于一身的速技術(shù)因其顯著的節(jié)電效益、較高的調(diào)速精度、較寬的調(diào)速范圍、完善的保護(hù)功能、易綜合性電氣產(chǎn)品。變頻調(diào)于實現(xiàn)自動控制、運行安全可靠、安裝使用維護(hù)簡單等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，成為世界上公認(rèn)的節(jié)電新技術(shù)之一。坪橋集中處理站是坪橋一東營輸油管線的首站，坪營輸油管線建于1996年，總長度為33.4 km，管徑為4159x6 mm。日均輸送原油l 200 m3。首站外輸原油。夏季采取不加熱輸送，出站油溫為39℃左右，泵出口壓力為4.5～5.0 Mpa;冬季采取換熱器加熱輸送方式。出站油溫為55℃左右，泵出El壓力為5.0～5.8 Mpa。目前配備的兩臺外輸泵，型號為5DY一71/5，2001年投入使用，其中l(wèi)#泵可進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。

1機(jī)泵變頻原理

交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

n=60f(1-s)/p (1)

式(1)中，n為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，為電源的頻率，s為電動機(jī)轉(zhuǎn)差率，P為電動機(jī)極對數(shù)。

由上式可知，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源頻率.廠成正比，只要改變頻率廠即可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率.廠在O～50 Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬11.-21。變頻器就是通過改變電動機(jī)電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，變頻器是把工頻電源變換成某種頻率的交流電源以實現(xiàn)電機(jī)的變速運行，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速設(shè)備。

變頻器主要由控制電路、整流電路、直流中間電路、逆變電路等相應(yīng)電路組成。其中控制電路完成對主電路的控制.整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進(jìn)行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說。有時還需要一個進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以及一些相應(yīng)的電路。

2變頻裝置節(jié)能原理

2.1變頻節(jié)能

有流體力學(xué)知識可知：

P=-QH (2)

式(2)中，P為功率，Q為流量，H為壓力。

Q∝N，H∝N2 (3)

P∝N3 (4)

由式(4)可知，泵的功率與轉(zhuǎn)速N3成正比，如果泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時，轉(zhuǎn)速N如果成比例地下降。此時軸輸出功率P就會成立方關(guān)系下降，即泵電機(jī)的耗電功率與轉(zhuǎn)速近似成立方關(guān)系的下降131。理論上對于一臺160 kW的電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的4/5時，其理論功率為82.0 kW，省電48.8%。

2.2功率因數(shù)補償節(jié)能

有公式

H=Sxcos∮ Q=Sxsin∮ (5)

式(5)中，H為有功功率，Q為無功功率，s為視在功率，cos∮偽功率因數(shù)。

無功功率不僅增加線損和設(shè)備的發(fā)熱。更主要的是功率因數(shù)的降低導(dǎo)致有功功率的降低。大量的無功電能消耗在線路當(dāng)中，設(shè)備使用效率低下，浪費嚴(yán)重。由公式(5)可知，功率因數(shù)cos∮越大，有功功率日越大，對于普通異步電動機(jī)功率因數(shù)在0.6—0.7之間，使用變頻調(diào)速裝置后，由于變頻器內(nèi)部濾波電容的作用，cos∮=1.0。從而減少無功損耗，增加了電網(wǎng)的有功功率。

2.3軟啟動節(jié)能

由于普通電機(jī)為直接啟動或Y/D啟動。起動電流為4—7倍額定電流。這樣會給機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且還會對電網(wǎng)容量要求過高，啟動時產(chǎn)生的大電流和震動對泵體和閥門的損害極大.對設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。采用變頻器運轉(zhuǎn)，隨著電機(jī)的加速相應(yīng)提高頻率和電壓，起動電流被限制在150%額定電流以下(根據(jù)機(jī)種不同.為125%～200%)，傳動可以平滑地起動(起動時間變長)。起動電流為額定電流的1.2一1.5倍。起動轉(zhuǎn)矩為70%一120%額定轉(zhuǎn)矩;對于帶有轉(zhuǎn)矩自動增強(qiáng)功能的變頻器，起動轉(zhuǎn)矩為100%以上，可以帶全負(fù)載起動，減輕了對電網(wǎng)的沖擊和對供電容量的要求，延長了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費用15-61。

2.4減小局部水頭損失節(jié)能

一般使用泵的額定流量和揚程.通常都超過實際需要的流量和揚程，又因為工藝要求需要在運行中流量。目前，采用閥門來調(diào)節(jié)流量的調(diào)節(jié)方式較為普遍，雖然方法簡單，但實際上是通過人為增加局部阻力的辦法達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。這種節(jié)流調(diào)節(jié)方法浪費大量電能.而且使泵本身在低效率點工作.回收這部分電能損耗會收到很大的節(jié)能效果。

3引進(jìn)變頻裝置的必要性

3.1機(jī)泵運行時間長

為完成全年39萬噸原油外輸任務(wù).坪橋首站外輸泵年運轉(zhuǎn)時間約為8 400 h，因此泵效每提高1%，年節(jié)約電量約為1.344萬愿，節(jié)能效益相當(dāng)可觀。因受沿河灣一陽山輸油管線的限制。坪橋一東營輸油有時采取"泵一泵"輸油流程，有時采取"泵一罐一泵"輸油流程，同時考慮到坪橋一東營管線的承壓能力及譚家營一東營輸油管線的影響，坪橋首站外輸壓力波動范圍為3.1—6.0 MPa。排量波動范圍為45娟7 m3/h，首站兩臺柱塞式外輸泵型號為5DY-71，5，理論排量為71 m3，額定工作壓力為5.0 MPa。流量的變化幅度為5.6%一36.6%，此時，若不采取變頻調(diào)速原理進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了滿足外輸排量和管壓的要求主要通過回流閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣就因節(jié)流原因造成能量耗浪費。

3.3理論計算節(jié)電量

通過理論計算節(jié)電量來論證選擇安裝變頻器的機(jī)泵是否經(jīng)濟(jì)。對計劃安裝變頻器的機(jī)泵進(jìn)行多種處理量時的理論節(jié)電量的計算(考慮泵共振頻率除外)。經(jīng)過計算得到機(jī)泵運行效率最大處理量時的節(jié)電率為：l#外輸泵在外輸量在1 500 m3/d時節(jié)電率可達(dá)23.7%，機(jī)泵效率提高10%左右，說明在該機(jī)泵上使用變頻調(diào)速器是可行的。

4效益分析

4.1運行參數(shù)

為評價變頻裝置的經(jīng)濟(jì)效益，綜合分析兩臺泵由07年8月到08年5月的運行參數(shù)。分別計算出各自平均排量和壓力下的機(jī)泵效率.機(jī)泵效率計算結(jié)果如表l所示。

表機(jī)泵效率計算結(jié)果

Tab.1 Computational results of pump efficiency

由表1可見，兩臺同型號的泵，在工作環(huán)境相同的情況下增加變頻裝置后，電機(jī)輸入功率減小25.08 kW，泵效提高了9.9%。節(jié)能效果明顯。

4.2節(jié)能效果評價

目前坪橋集中處理站日平均外輸原油為l 200 m3左右。如果只使用l#變頻泵，流量為53.5 m3/h，日運轉(zhuǎn)時間22.4 h，一年按360天計算，則年耗電量為。22.4x58.075x360---46.83x104 kW·h如果只使用2#變頻泵，流量為55.3 m3/h，日運轉(zhuǎn)時間為21.7 h.一年按360天計算.則年耗電量為：21.7x83.155x360=-64.96x104 kW·h兩者相比較，一年完成相同輸出量，電費按工業(yè)用電0.45元，kW計算，可節(jié)約成本：(64.96x104-46.83x104】>cO.45=8.15x104元通過比較可以發(fā)現(xiàn)如果全部采用變頻裝置，一年可節(jié)省費用8.15xlo.元。目前改變頻裝置只要稍加改造即可控制兩臺外輸泵中任意一臺。

另外，該站還有兩臺型號為5ZB一12/42的供水泵，其中l(wèi)#泵泵效為28.17%，2#泵泵效為28.88%。日平均供水量850 m3，泵出口壓力4.5 MPa。若增加變頻裝置把泵效提高到45%，則年節(jié)約電量18.13x104 kW·h。節(jié)約成本8.15x104元，而一套變頻裝置的費用大約為5萬元，投用當(dāng)年即節(jié)約成本3.15萬元。

5結(jié)論

本文結(jié)合水力學(xué)基本知識、變頻節(jié)能原理，首先對兩臺外輸泵進(jìn)行參數(shù)采集.然后進(jìn)行效率分析.通過兩臺同型號、同步投用的柱塞泵的實際運行工況比較得出以下結(jié)論：

1)l撐外輸泵增加變頻裝置后效率較2薦泵提高了9.9%，泵體噪音減小很多，維修保養(yǎng)次數(shù)減少。但其實際排量和壓力均小于設(shè)計值，泵效遠(yuǎn)低于國內(nèi)平均輸油泵效64.9%.可根據(jù)管壓適當(dāng)調(diào)整頻率，使泵在接近額定工況下工作提高泵效。

2)2#外輸泵柱塞泵運行效率較低，運行效率只有28.1l%。實際排量效于設(shè)計排量，目前靠回流和出口閥門控制排量，增加變頻裝置來調(diào)節(jié)流量節(jié)能效果明顯。

3)兩臺供水柱塞泵平均泵效只有28.53%，低于國內(nèi)柱塞臺外輸泵中任意一臺。式注水泵平均泵效72.1%，目前其在額定排量和壓力下工作，但泵體噪音較大，啟動負(fù)荷大，可增加變頻裝置改善其工作性能提高工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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